Voiture électrique en accès libre aux voies rapides Bilan usager privé - valorisation de gains de temps

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1 Eduardo BLANCO, Marcelo PIMONT STRAMBI Master TRADD Voiture électrique en accès libre aux voies rapides Bilan usager privé - valorisation de gains de temps 1. Introduction et Objectif Cette étude a pour but d évaluer le gains de temps associé à l introduction de voies rapides pour les véhicules électriques dans les principaux tronçons autoroutiers qui donnent accès au centre de Paris, en Ile de France. Cela pourra servir comme base d aide à un usager privé qui doit décider entre l achat d une nouvelle voiture thermique ou électrique, tenant compte de ses déplacements domicile-travail. Est-ce que la voiture électrique sera une option moins chère avec une telle incitation? Pour répondre à cette question nous allons considérer les caractéristiques socio-économiques des usagers en question traduites notamment par la valeur monétaire qu il attribue au temps -, les caractéristiques des déplacements quantités, distances, vitesse moyenne et les coûts liés à la propriété et utilisation d une voiture achat, frais d entretien, énergie, péages et parking. L autoroute A1, axe important d arrivée au centre-ville de Paris, sera utilisée comme base pour nos estimations, puisqu il présente des problèmes de congestion et de réduction de la vitesse moyenne aux heures de pointe. Pour mieux comprendre une mesure de ce type, nous ferons une rapide révision des concepts théoriques de l ingénierie de trafic, ainsi qu un rappel des exemples de voies exclusives déjà en fonctionnement dans le monde, regardant ses conditions d implantation et d opération. Deux scenarios ont été construits sous l optique de comprendre les impacts possibles pour l usager en ce qui concerne son coût total de transport particulier: un premier, où une voie exclusive est additionnée aux voies partagées (non-exclusives) et un deuxième, où une des voies de l autoroute est transformée donnant place à la voiture électrique. Nous verrons que, selon les conditions socioéconomiques et géographiques de l usager particulièrement son arbitrage prix-temps et sa distance de déplacement sur l axe congestionné la mesure peut effectivement rendre la voiture électrique plus intéressante que la voiture thermique en termes économiques, malgré son coût d achat plus élevé. i 2. Quelques exemples des voies exclusives dans le monde et Définition du Service Les voies exclusives commencent à se répandre dans le réseau routier mondial, avec une croissance remarquable en Amérique du Nord et en Australie. Ces voies connues comme High occupancy véhicules lanes (HOV) sont dédiées exclusivement à la circulation des véhicules avec 2 ou plus occupants (variable selon l endroit). Cet usage s étend souvent aux bus, taxis, voitures en covoiturage et, suivant une tendance récente, aux voitures à faible émissions de CO 2 (indépendamment de leur occupation). Nous trouvons des exemples en Californie, aux

2 Etats-Unis, et dans la région d Ontario, au Canada. L utilisation de ces voies n as pas un surcout aux usagers, en revanche son l utilisation indue est soumise à des amendes lourdes (allant jusqu à 480 dollars en Californie). Certains tronçons proposent aussi l utilisation des voies exclusives par des voitures non concernées (individus par exemple) sous tarification, caractérisant les HOT, High Occupancy Toll Lane. Révision Théorique Dans une rapide révision théorique des phénomènes du trafic, nous considérons une distribution du trafic de voitures concentrée en deux périodes creuses dans une journée. Cidessous, nous voyons, à gauche, une distribution théorique et, à droite, les données réels d un morceau de l autoroute A10, montrant une adéquation à la forme attendue: A10-W/ (2 voies) Heure de la journée Ainsi, nous voyons des effets de congestion, traditionnellement décrits par le graphe de vitesse versus débit à coté, qui vont donner vie à des mesures de séparation du trafic. Ces dernières, n ayant pas forcement des objectifs de décongestion, peuvent envisager donner des incitations positives pour l environnement, comme c est le cas ici. Vitesse Débit Définition du Service Actuellement la région d Ile de France se prépare pour aménager sa première voie exclusive sur l autoroute A1, que relie Paris à l Aéroport Roissy. Un essai sur cet axe a été réalisé en 2009 sur 5 km dédiés seulement aux taxis et il a été annulé pour la révision des données observées et du projet. Dans le nouveau projet, une des voies sur un tronçon va être convertie en voie exclusive aux taxis, bus et voitures en covoiturage (pour l instant avec au moins 3 passagers). Vu l intérêt de ce tronçon d autoroute, qui doit être opérationnel début 2015, notre étude va prendre en considération son utilisation, même si pour l instant les voitures électriques ne seront pas admises. Le service proposé consiste de donner l accès libre aux voies rapides (construites ou transformées) aux usagers de voitures électriques. Nous allons voir comment cela pourra influencer sa décision lors de l achat d une nouvelle voiture, considérant des indicateurs particuliers à la région d Ile de France, avec l objet précis les déplacements domicile-travail sur l autoroute A1.

3 3. La composition des coûts et ses hypothèses Pour réaliser le bilan de l usager privé, il est fondamental de comprendre quels sont les coûts totaux de possession et d utilisation d un véhicule particulier à l usager. Nos comparaisons se feront sur une période de 4 ans, et considéreront 5 types de coûts: a) Les coûts d achat et entretien des voitures (et de l infrastructure de recharge résidentiel pour la VE) b) Les coûts d entretien des voitures c) Les coûts de carburant/énergie électrique d) Le coût du parking e) La valorisation du temps lié au parcours Ci-dessous, nous verrons quelles hypothèses ont été prises en considération dans chacune de ces parties. a. Les coûts d achat et d entretien des voitures Nous avons utilisé les conditions d achat de l offre Renault New Deal (LOA) pour une Clio Life dci 75 eco² Diesel et pour une Zoe Life, puisque les deux voitures ont des fonctionnalités comparables. Cette offre de Renault prend en considération le prix de revente de la voiture à Renault à la fin du contrat, que peut avoir des durées variables. Dans cet étude nous avons fixé un contrat de durée 4 ans, ce qui est proche au temps d amortissement d une voiture, ainsi les prix des voitures sont les suivants: Clio Life dci 75 eco² Diesel: (soit 48 x 252,21 ) Zoe Life: (48 x 366,57) prix promotionnel incluant l installation d une borne de rechargement résidentiel (normalement autour de 750 ) Pour la voiture électrique nous avons aussi pris en considération un contrat de location de la batterie dans une valeur de 79,00/mois évitant l achat de celle-ci. b. Les coûts d entretien des voitures Pour les frais d entretiens, dans les deux cas nous avons considéré les valeurs proposées par les contrats d entretien «Pack intégral» offert par Renault, avec un contrat annuel et une utilisation de km/an: 620 /an pour la Clio et 441,47 /an pour la Zoe (cf. Annexe). Tous ces valeurs sont issues des simulateurs disponibles sur le site de Renault ( et ont été actualisées dans le temps avec un taux d actualisation de 2,5%, pour une période de 4 ans. c. Les coûts de carburant/énergie électrique Pour calculer les couts liés à l utilisation de carburant/énergie électrique, nous avons considéré les moyennes de consommation en France pour les voitures thermique et électrique selon leurs respectives unités d énergie (litres et kwh).

4 Type de Moteur Coûts d énergie Consommation (km/unité) Coût par Unité ( ) Consommation ( /km) Diesel Urbain (L) 18,87 1,4 0,07 VE (W) 5 0,13 0,02 Pour la voiture thermique le donnée de consommation de carburant d une voiture diesel a comme source l Observatoire de l Energie, ce document publié en décembre 2006 signale que en 2005 la consommation moyenne des voitures diesels en France était de 6,58 L/100 km, donc environ 15 kms par litre. Il est important de remarquer que cet indicateur représente la consommation de la voiture sur une autoroute, à des vitesses moyennes élevées. Comme pour notre cas les vitesses observés seront moins élevées, nous garderont en tête une marge qui agit contre la voiture thermique. Pour le cout du carburant (diesel) nous avons considéré le prix moyen pratiqué en France en 2012 publié par le Conseil général de l économie, de l industrie, de l énergie et des technologies dans son étude «Les prix, les marges et la consommation des carburants». Concernant la voiture électrique, nous avons considéré la consommation moyenne de 200 Wh/km selon l AVERE France Mobilité Electrique 1 et un cout moyen de recharge de 0,13 /Wh, qui nous donne un cout de 0,02 /Km, selon l étude «Comparatif du coût de possession entre voiture particulière thermique et électrique pour les entreprises». d. Le coût du parking Comme un élément important de coût dans les déplacements domicile travail, le parking a été intégré dans notre modèle. Nous avons pris en considération un coût de parking de 5 /jour, vue que actuellement nous trouvons une moyenne de 10 /jour 2, mais dans plusieurs cas il existe une coparticipation des entreprises et des réductions pour des abonnements. Nous considérons que la voiture électrique peut bénéficier d une réduction dans ses frais de parking et ainsi nous pouvons réaliser une analyse des économies potentielles générées. Pour nos scenarios de base, nous avons considéré la même valeur pour les deux types de voiture. e. Valorisation du temps Pour la valorisation du temps nous avons pris en considération les valeurs de temps observés en Ile de France, selon l article «Choix modal et valeurs du temps en Ile-de-France» de André DE PALMA et Cédric FONTAN (2001). Cette étude indique une valeur du temps en Ile-de-France avec une moyenne de 85,33 F/h, ce qui est équivalent à 15,93 ( Cet étude a regardé aussi cet arbitrage selon l endroit d habitation et donc pour la région au nord de Paris, où se situe notre tronçon, la moyenne observé est de 98,81 F/h, équivalent à 18,44 /h (

5 De cette façon, pour avoir une visibilité de la variabilité des résultats, nous avons travaillés avec une fourchette de valeur du temps de 6 à 28 euros/h, mais nos analyses vont se concentrer sur les fourchettes plus proches à celles de l Ile-de-France et de la zone étudiée. 4. Les scénarios et ses hypothèses Pour réaliser les calculs nous avons considéré deux déplacements par jour ouvré pendant 4 ans, avec 25 jours de vacance par an, totalisant 1808 déplacements, en deux scénarios suggérés: S1: Voie rapide rajouté S2: Voie rapide transformé Le Scénario S1 considère que la voie rapide sera une voie rajoutée sur l infrastructure existante (par l état ou par l exploitant du réseau). Le scénario S2 considère que la voie rapide va être une voie traditionnelle aménagée pour servir comme voie rapide. Dans ce dernier cas, l infrastructure va perdre, donc, une de ses voies partagées. La principale différence considérée entre ces deux scénarios est le changement de vitesse moyenne observée sur les voies partagées après la mise en place du projet. Dans le S1, une partie du trafic part vers la nouvelle voie exclusive et nous observons une augmentation de la vitesse moyenne dans les voies partagées. Dans le S2, en revanche, les voies partagées vont perdre en capacité, résultant en une réduction de la vitesse moyenne. Il faut remarquer qu actuellement le projet en cours de réflexion sur l autoroute A1 suit le scénario S2. Les vitesses moyennes dans les heures de point utilisées sont issues des données de la DIRIF pour les flux de Les moyennes et les vitesses proposées après le projet figurent dans le tableau ci-dessous: Vitesses Moyennes S1 S2 HP A1 actuel 45 km/h 45 km/h HP A1 après projet 55 km/h 30 km/h HP A1 Voie réservée 90 km/h 90 km/h

6 Distances parcourues Dans les deux scénarios les déplacements sont composés d une part parcourue sur l axe (où il y a la voie exclusive) variant de 10 à 30 km; et d une part de parcours hors axe: fixé à 5 km pour le trajet Maison Accès Autoroute et 4km dans le centre-ville de Paris (selon les distances moyennes réalisés pour aller au travail pour un habitant parisien (Commissariat général au développement durable, 2011)). Il est important de remarquer que nous avons admis des vitesses moyennes indépendantes de la distance parcourue dans l axe. Cela simplifie les calculs mais est assez approximatif, puisque la vitesse moyenne observé par quelqu un qui prend seulement 10km d axe sera probablement plus faible que celle de l usager qui le prend pendant 30km ce dernier profitant plus longtemps d une vitesse supérieure étant donné son éloignement de la ville (les embouteillages se concentrent à proximité du centre-ville). 5. Résultats Dans notre modèle de calcul, les coûts complets sont calculés selon l arbitrage prix-temps et la longueur de l axe autoroutier en voie réservé, ainsi les résultats sont exprimés en forme de matrice, avec la différence des coûts avec un code couleur pour aider à la lecture et interprétation, comme nous pouvons observer dans la page suivante. Nous verrons qu une augmentation d une des deux variables clés, distance parcourue dans l axe et arbitrage prixtemps, ira bénéficier la voiture électrique dans les deux scénarios. Les résultats nous montrent que dans Scénario S1, pour la distance 10 km, en aucun cas la VE sera plus intéressante que la voiture thermique en termes économiques. Elle ira dépasser la VT à partir d une distance de 15 km sur l axe et un arbitrage prix-temps de 19 /h. Dans ce scénario nous trouvons ce type de résultats parce que, avec la construction d une nouvelle voie sur l autoroute, l ensemble des voies aura ses vitesses augmentées. Comme résultat, les usagers des voitures thermiques sont aussi bénéficies par le projet et en auront un gain de temps. Pour le scénario S2, en revanche, la VE va être plus intéressante déjà à 10 km de distance parcourue sur l axe, et un arbitrage prix-temps de 11 /h. La transformation d une voie existante en voie réservé implique une réduction de la vitesse moyenne dans l autoroute (dehors de la voie réservé), dégradant fortement la condition des voitures thermiques. Les voitures thermiques qui restent sur les autres voies subissent une perte de temps et, par conséquent, une perte d argent dans notre modèle. L achat d une voiture électrique va se justifier avec des distances et arbitrages prix-temps plus faibles.

7 Distance parcourue dans l axe S1 α S2 Différentiel Voiture Elect x Voiture Diesel Avec Projet α ( /h) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Différentiel Voiture Elect x Voiture Diesel Avec Projet α ( /h) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,246.77

8 Si nous fixons une distance de 10 km, qui est la distance plus petite que normalement nous trouvons dans les voies HOV à l international, nous pouvons mener des autres analyses intéressantes, comme l évolution de l économie de la voiture électrique par rapport à la thermique avec les différents arbitrages prix-temps (image ci-dessous). Dans le scénario S1 fixé à 10 km, il n est jamais intéressant d acheter une voiture électrique, sauf si l usager a un arbitrage prix-temps supérieure à 30 /h. Ceci dit, dans le S2, nous voyons le point dans lequel acheter la voiture électrique devient rentable autour d un arbitrage prix-temps de 10, assez faible pour la région considérée. 8 6 K S1 S2 Economie VE vs VT (S1 et S2) Arbitrage Prix-Temps (α) /h On peut regarder aussi la linéarité de ces courbes (liée directement aux variations de la distance de l arbitrage prix-temps) et penser aux effets liés aux conditions favorables dans les prix du parking ou d un prix de péage différencié pour la voiture électrique. Tels mesure auraient un effet de déplacement vertical des courbes, gardant leur linéarité. Pour regarder la composition des coûts, nous avons fixé l arbitrage prix-temps à 15 euros. Il est important d analyser ces couts selon trois approches, celle du propriétaire du VE, et celles du propriétaire de la voiture thermique avant et après la mise en place de la voie rapide. En général, avec l augmentation dans la longueur de l axe, les coûts sont plus importants, ainsi que les économies liées à la voiture électrique, liées surtout aux effets de gain de temps et des coûts de l énergie.

9 Pour le S1 nous avons la suivante distribution des coûts complets: Pour le S2 nous avons:

10 Ainsi pour notre cas, une dernière analyse à réaliser est celle de fixer une distance e un arbitrage prix-temps dans un scénario et regarder les économies de la voiture électrique par rapport à une voiture thermique. Pour le scénario de l autoroute A1 le scénario 2 est le plus approprié, vu que le projet consiste en transformer une voie normale en voie réservé dans les heures de pointe. Ainsi nous avons pris une distance de 10 km, proche de celle réalisée lors du premier essai de voie réservé sur l A1 en 2009 et un arbitrage de 15 /h, proche de celle observée dans la région en 2007 par DE PALMA et FONTAN (2001). Ainsi, pour réaliser les parcours domicile-travail pendant 4 ans, l utilisation de la voiture électrique se traduirait par un cout complet de 38 mil euros. Concernant les économies de temps, 13 minutes seraient économisés pendant chaque trajet et financièrement seraient économisés par rapport à une voiture thermique. Une mesure de parking gratuit à la destination finale pourrait engendrer une économie additionnelle de 4.520, donc une économie totale de dans la période analysé. 6. Conclusion L utilisation de voies réservées comme mesure d incitation à un changement dans l usage de la voiture devient de plus en plus fréquente et l insertion des voitures électriques dans l usage de ces voies est plus commune et en débat sur plusieurs voies HOV. En tant que mesure d incitation à un report vers des voitures à faible émission de CO 2, comme c est le cas de notre étude, les vois exclusives ont démontré leur efficacité, permettant un bénéfice économique à certains usagers privés. Cette efficacité va dépendre de certains variables clés, notamment les distances totales parcourues et l arbitrage prix-temps de l usager. Ceci-dit, le débat à être lancé concerne l efficacité de cette mesure en termes socioéconomiques, puisque le gain de temps approprié par les conducteurs des voitures électriques provient en part d une perte de temps des autres conducteurs. Il est important discuter le bilan de cette mesure pour la collectivité, évaluant si les dégradations des voies non exclusives ira affecter plus ou moins personnes qui seront bénéficiés par le projet. Non seulement, l évolution du parc électrique peut engendrer, à moyen terme, la saturation des voies exclusives, annulant l effet de gain de temps du projet initial. Nous pouvons dire que le plus la mesure a du succès, le plus vite elle perd son pouvoir incitatif. Ainsi, comme ouverture pour des prochaines études, la réalisation d un bilan socioéconomique d une telle mesure ainsi qu une étude concernant l efficacité de la mesure dans le temps avec l évolution du parc électrique sont recommandés.

11 7. Bibliographie AVERE. (s.d.). Récupéré sur CARBALLES, S. (2009). Les véhicules particuliers en France Données et références. ADEME. Commissariat général au développement durable. (2011). Les véhicules électriques en perspective Analyse coûts-avantages et demande potentielle. Paris. Conseil général de l'économie, de l'industrie, de l'énergue et des technologies. (2012). Les prix, les marges et la consmmation des carburants. DE PALMA, A., & FONTAN, C. (2001, Avril - Juin). Choix modal et valeur du temps en Ile-de- France. Recherche transports sécurité. DIRIF. (2012). Indicateurs de trafic. Paris. FRANCOIS, D., CGDD, & SOeS. (2010). Se rendre au travail: distances et temps de transport s'allongent. Comissariat général au Developpement Durable. JACOB, C., & ALLIO, R. (2006). Transport en commun sur les voies rapides en Ile-de-France. Paris: Institut d Aménagement et d Urbanisme de la Région Île-de-France. Observatoire de l'energie. (2006). Consommations de carburants des voitures particulières en France Paris. Planète-Verte Mobilité Avere-France. (2011). Le TCO: Comparatif du coût de possession entre voiture particulière thermique et électrique pour les entreprises. Paris. Simulaeur financemment et entretien RENAULT. (s.d.). Récupéré sur STIF. DRIEA. (2013). L'enquete globale transport. Paris.

12 8. Extensions Lors de l exercice de modélisation nous avons admis quelques hypothèses assez fortes par rapport aux vitesses moyennes et à la consommation de carburant. Pour la dernière, nous avons considéré une consommation moyenne, indépendante de la vitesse exercé, ce qui simplifie beaucoup le modèle et ne gêne pas trop les résultats. Les vitesses moyennes, en revanche, méritent une plus grande attention puisqu en réalité elles sont fortement dépendantes de la distance parcourue dans l axe. Cela parce que les problèmes de congestion (et la conséquente baisse de vitesse moyenne) se passent à la proximité du centre-ville. L effet de gain de temps relatif (perte de temps dans les voies partagées) découlant de l augmentation de la distance parcouru dans l axe va se compenser en partie par l augmentation de la vitesse moyenne sur le long de l axe. Nous avons adapté notre modèle pour mieux répondre à la réalité (avec des assomptions simples de changement de vitesse moyenne) et nous voyons que la variable d perd tout à fait son effet positif sur le différentiel VE versus VT. Le modèle nommé M2 (basé sur le Scenario 2), présente la matrice suivante: Différentiel Voiture Elect x Voiture Diesel Avec Projet α ( /h) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Dans un essaie de capter un autre effet non pas considéré lors de l exercice, celui de la saturation de la voie exclusive, nous allons adapter le modèle à la version M3, qui repart du modèle initial mais considérant une vitesse moyenne dynamique au long des années. Cette vitesse moyenne se réduit au fur et à mesure que le débit augmente, à l exemple du graphe examiné dans la section 2, débit dépendant d un taux d adhésion à la voiture électrique (part de marché sur l axe). Cette modélisation a été faite de façon très simplificatrice, à titre démonstratif.

13 . Différentiel Voiture Elect x Voiture Diesel Avec Projet α ( /h) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Annexes Annexe 1 Vitesses moyennes en heure de pointe IdF. Source: DIRIF 2010

14 Annexe 2 Simulations de contrat d'entretien Renault. Source: i Tous les tableaux et graphes présentés ont comme source les études menés par les deux auteurs, sauf quand explicitement indiqué.