1STIDD Impacts des matériaux et sources d énergie. Étude de cas : la voiture électrique. Impacts des matériaux et sources d énergie

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1 Page 1/6 Sciences et Technologies de l Industrie et du Développement Durable Durée : 3 heures Impacts des matériaux et sources d énergie Objectif : Quantifier les impacts sur l environnement pour le choix d un matériau (énergies et ressources naturelles) Pré-requis : Avoir des notions d ACV. Bases théoriques apportées : Evaluer l impact de l utilisation d un matériau sur l environnement et les ressources naturelles ; Caractériser les énergies secondaires (électricité) ; Caractériser l impact du mix électrique d'un pays sur l environnement. Outil : Aucun. Support : Voiture électrique. Modalités : Activité sous forme de TD. Ressources : Fichiers pdf Travail à réaliser : Réaliser l étude mettant en évidence l impact des mix énergétiques sur les émissions de CO2 d un véhicule électrique. Réaliser l étude mettant en évidence l impact de l utilisation de matériaux sur l environnement. STI2D Voiture électrique 1

2 Page 2/6 1 Introduction 1.1 Contexte de l étude. Il est communément admis que les émissions de C0 2 induisent des modifications climatiques. Face à ce constat, il est maintenant nécessaire de trouver des solutions pour les réduire. Le transport, toutes catégories confondues, représente près d un quart des émissions mondiales de C0 2. Il est donc pertinent de chercher à réduire l impact de ce secteur. Pour cela, deux grandes familles de solutions techniques sont explorées : Augmenter l efficacité des moteurs thermiques pour diminuer leur consommation. Ainsi, si les voitures émettent aujourd hui en moyenne 176 g de CO 2/km, l objectif du Grenelle de l environnement est d arriver à 130 g de CO 2/km ; Rechercher d autres solutions de motorisation, à hydrogène ou électrique par exemple. 1.2 Problématiques de l étude Figure 1 : Voiture "Zéro Emission", de Renault L étude présentée ici porte sur la seconde famille de solution, et en particulier sur les motorisations 100% électriques. Pour propulser une voiture, l énergie électrique peut sembler séduisante car elle n émet apparemment pas de CO 2. Cependant, deux problèmes se posent : Il faut bien, d une manière ou d une autre, produire l électricité nécessaire. Au bilan, l énergie électrique est-elle réellement intéressante d un point de vue production de CO 2/km? (Vous découvrirez que la réponse n est pas aussi simple qu elle n y parait!) ; Pour leur fabrication, les batteries nécessitent des matériaux rares. L utilisation de batteries électriques est-elle pertinente d un point de vue des ressources en matériaux à long terme? A travers cette étude, l objectif est de montrer que les problématiques concernant l énergie et celles concernant les matériaux relatifs à une solution technologique de pointe sont bien souvent liées. STI2D Voiture électrique 2

3 Page 3/6 2 Conduite de l étude «Voiture électrique» 2.1 PROSPECTIVES DU MARCHÉ AUTOMOBILE Q1. Quel est le nombre total estimé de véhicules 100% électrique, qui circuleront dans le monde en 2025? 2.2 RÉFLEXION SUR L ÉNERGIE ÉLECTRIQUE Q2. Quelle est la capacité de la batterie en kwh du Blue Car? (quantité d énergie que peut stocker la batterie de la même manière que l on exprime la capacité d un réservoir de véhicule thermique en litres de carburant) Q3. Quelle est l'autonomie minimale en km de cette voiture électrique? (qui correspond à la capacité de la batterie) Q4. En déduire la consommation d'énergie électrique en kwh / 100 km du Blue Car. Q5. En moyenne un automobiliste parcourt 40 km / jour (ce qui correspond à environ km / an). En déduire le nombre de kwh moyen consommés par automobiliste et par jour. Q6. En utilisant le nombre estimé de véhicules 100% électriques en 2025, calculer le nombre de kwh total consommés par jour. STI2D Voiture électrique 3

4 Page 4/6 Q7. En imaginant l'ensemble du parc automobile actuel devenir électrique (environ 1 milliard de véhicules), recalculer le nombre de kwh total consommés par jour. Q8. Quelle est la puissance électrique en W fournie par un réacteur nucléaire EPR? Q9. En déduire quelle est la quantité d'énergie électrique en Wh fournie pendant 10h par ce même réacteur EPR (nous faisons l hypothèse que les véhicules électriques seront principalement rechargés durant la nuit, c est pourquoi nous calculons la quantité d énergie que peut fournir la centrale pendant 10h). Q10. Combien de réacteurs EPR faut-il pour produire l'énergie nécessaire à la recharge des batteries dans les 2 cas envisagés précédemment (3,2 millions et 1 milliard de voitures électriques)? 2.3 RÉFLEXION SUR LES ÉMISSIONS DE CO2 La plupart du temps, la voiture électrique est présentée comme un véhicule n émettant pas de CO2. Il est vrai qu elle n émet pas de CO2 au moment où elle roule car elle utilise l énergie électrique stockée dans sa batterie. Par contre il a fallu auparavant produire de l énergie électrique pour charger cette batterie. Cette production d énergie électrique émet du CO2. C est ce que nous allons voir dans cette troisième partie. Q11. Quel est le nombre de grammes de CO 2 rejeté dans l'atmosphère par kwh produit en France et en Australie? (selon les pays la production d énergie électrique rejette plus ou moins de CO2) STI2D Voiture électrique 4

5 Page 5/6 Q12. En déduire le nombre de gramme de CO 2 / km, rejeté dans l'atmosphère pour une utilisation du Blue Car en France. Q13. En déduire le nombre de gramme de CO 2 / km, rejeté dans l'atmosphère pour une utilisation du Blue Car en Australie. Q14. Etiqueter, en mettant une note de A à G, ce véhicule pour une utilisation en France, puis pour une utilisation en Australie (utiliser le barème actuel de classement des véhicules en fonction de leurs émissions de CO2). Q15. Comparer l'émission de C0 2/km du Blue Car utilisé en Australie, avec tous les véhicules essence et diesel du palmarès ADEME pour les dix premières valeurs d'émissions de CO 2. Q16. En 2008, 76,2% de l'électricité en France était produite par des réacteurs nucléaires. Quel désagrément autre que l'émission de CO 2, n'est pas pris en compte par la note précédemment trouvée pour l'utilisation de ce véhicule électrique en France? 2.4 RÉFLEXION SUR LE LITHIUM Q17. Quelle masse de lithium est nécessaire pour réaliser une batterie de voiture électrique? STI2D Voiture électrique 5

6 Page 6/6 Q18. Quelles sont les réserves mondiales estimées de lithium? Q19. Quelle masse de lithium sera nécessaire pour produire les batteries du parc de voitures électriques prévu en 2025? Q20. En imaginant l'ensemble du parc automobile actuel devenir électrique (environ 1 milliard de véhicules), quelle serait la masse de lithium nécessaire à la production des batteries? Q21. Quel est le taux de recyclage du lithium? Q22. Conclure sur les ressources naturelles en Lithium (est-ce que l on peut dire que les réserves de Lithium actuelles permettent de faire face au besoin?). Q23. Quels sont les différents impacts environnementaux calculés par le logiciel Bilanproduit pour la production d'une batterie Li-ion de 300 kg? Q24. Quel est l'impact prépondérant de cette analyse de la production d'une batterie Liion de 300 kg? STI2D Voiture électrique 6