La traction électrique Une réponse aux nouvelles formes de mobilité? d après un document de Pierre Lavallée 1 Plan Mobilité : vue d ensemble Mobilité durable : les ingrédients Les transports avancés : une définition 2
Signification Mobilité : vue d ensemble À travers l histoire de l humanité Transport des biens et des personnes Relativité par rapport à la vitesse à laquelle Un humain marche Un cheval galope Un bœuf traîne un chariot Un bateau à voile ou à rames traversent les eaux Mobilité : vue d ensemble fin 19e siècle et début 20e Développements technologiques ouvrant la voie à+ de vitesse à + de flexibilité dans les déplacements Maîtrise de l énergie à vapeur Moteurs thermiques, électriques, etc. Automobile, tramway, autobus, avion Développement de l infrastructure _ Routes vont où le chemin de fer ne passe pas _ Pistes font atterrir ou décoller les avions 3 4 Mobilité : vue d ensemble 20e siècle = l âge d or Volume des déplacements personnels et des marchandises connaissent un essor sans précédent Matières premières, produits manufacturés et produits alimentaires de l autre bout du monde sont accessibles Périmètre d activités autour du lieu de naissance (100 km) pour affaires ou loisirs, s étend maintenant au monde entier Distances entre le lieu de travail et de résidence à moins d importance Mobilité : vue d ensemble Problème de l Accès équitable Citoyens moyens des pays riches peuvent faire comme si les distances n ont quasiment plus d importances Citoyens moyens de la plupart des pays en développement se transportent encore avec leurs marchandises, à peu près, comme le faisaient leurs ancêtres 5 6
Mobilité durable : les ingrédients Un prix à payer Nous ne pouvons vivre sans mobilité. Mais pouvons nous vivre avec ses conséquences? Pollution produite par les moteurs à combustion interne dégrade la qualité de l air particulièrement dans les cités Exploration, extraction, transport, raffinage des combustibles portent de plus en plus atteinte à l environnement Bruit des avions, des camions, des autos est souvent cité comme la principale nuisance dans les zones urbaines Des millions d heures sont perdues chaque année dans la congestion entraînant de l inefficience économique Le coût en vies humaines, en blessures et en souffrances attribuable aux accidents de la route est atterrant Mobilité durable : les ingrédients Dépendance En 2005, les transports représentent 32% de la consommation d énergie (en 1973, 19%) En 2005, les transports monopolisent 68% de la consommation finale énergétiques des produits pétroliers contre 33% en 1973 Sur un parc mondial évalué à quelque 700 millions de véhicules, plus de 98% utilisent des hydrocarbures comme carburant, alors que moins de 100 000 ( 0,02%) sont hybrides ou électriques. La mobilité constitue l une des plus grosses activités mondiales, fondées dans une très large mesure sur l énergie issue d une seule matière première : le pétrole Presque toute la mobilité de notre époque dépend de l offre continue de pétrole, cette dépendance ne saurait durer éternellement L or noir est source de conflits 7 8 Mobilité durable : les ingrédients GLOBAL ENERGY CHALLENGES :OIL PRODUCTION AND DISCOVERY Gb/a 50 45 40 Discovery Production De nouvelles sources d hydrocarbures Voir l article 35 30 25 20 15 10 5 0 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2006 Tout ce qui est rare est cher! 9 10
Mobilité durable : les ingrédients Instabilité géopolitique et pétrole Augmentation du prix du pétrole Mobilité durable : les ingrédients Augmentation de la dépendance énergétique 11 12 Mobilité durable : les ingrédients Point de départ de la mobilité : sa résidence Développement des villes 1900 : 16 villes comptent un million d habitants Mobilité durable : les ingrédients Effet de l urbanisation 1997 : 320 villes comptent plus d un million d habitants dont 180 dans les pays en développement 1998 : 30 villes comptent plus de 9 millions, en 2015 on en comptera une cinquantaine Hong Kong : Pollution de l air, plus de 4000 décès en 2000 (source : Université de Hong Kong) 13 14
Mobilité durable : les ingrédients Etat des lieux en Europe 80% of EU citizens live in urban areas 1000 trips/person/year, half < 5 km 10% in bus/tram/metro 1 million jobs in bus/tram/metro services Urban traffic produces 40% of transport CO 2 In the next 10 years: Public transport only keeps market share in Urban transport continues to grow, but slower larger metropolitan areas Walking and cycling are loosing market share Mobilité durable : les ingrédients Et le développement durable Deux points de vue sur la mobilité durable 1- Préoccupations qui consistent à se demander si les systèmes de transports peuvent continuer à fonctionner assez bien pour répondre à nos besoins futurs en matière de mobilité 2- Capacité de répondre aux besoins de la société, de trouver des moyens de se déplacer, sans sacrifier d autres valeurs sur le plan humain ou écologique, aujourd hui ou à l avenir 15 16 Les transports avancés : une définition Conséquences sur le véhicule Objectif Permettre aux véhicules ( auto, camion léger et lourd, autobus, utilitaires, deux roues, etc) de circuler avec le moins d impact possible sur l environnement et la qualité de vie des gens : Moins polluants (normes ZEV, SULEV, ULEV ) Meilleure rendement énergétique Plus sécuritaire Haut pourcentage de recyclage des matériaux Une industrie Considérer l ensemble du cycle de vie Développer et/ou fabriquer des véhicules, des composants,des procédés de fabrication Caractéristiques communes Propulsé par un moteur électrique, hybride, etc Construit en matériaux plus léger et résistant Intégré des systèmes d informations intelligents Les transports avancés : une définition Conséquences sur les modes et formes d utilisation Plus d utilisation, moins de possession -développement de la location vs la propriété - le partage vs la propriété, le car-sharing ou voiture à temps partagé: Mobility, Caisse Commune - voitures en libre-service et station cars Véhicule Assuré Electrique, la G3, recyclabilité Bruno FRANÇOISde l ensemble des 17composantes 18
Exemple : Lilas Adhésion : 15 + 5 /moiset 3,5 /heure + 30 er km offerts ensuite 0,33/km Pas de frais d assurance, pas de carburant Besoin de voitures différentes selon les moments - droit à utiliser X jours dans l'année, un véhicule plus grand ou plus petit - meilleur adéquation avec les besoins réels Rentabilité si < 10 000km/an Utilisation en continue des véhicules (transport, ) -Intermodalité -Exemples : gare multimodale : bus, train, voiture plateforme logistique (Douvre : Train, bateau, autoroute) - Utiliser le mode de transport le plus économique sur un trajet 19 20 - Exemple de comparatif de coût (Octobre 2007) - Exemple de comparatif de coût (Octobre 2007) Par mode de transport 21 22
Prime a la casse: Effet d une politique sur les ventes Effet sur la recherche et les performances 23 24 25
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INTERETS DU VEHICULE ELECTRIQUE DANS LA PERSPECTIVE DE SON INTRODUCTION A GRANDE ECHELLE 1 Sommaire Solution «ultime» pour lutter contre la pollution de l air dans les agglomérations, sans imposer des restrictions de circulation. Désormais technique crédible en substitution des véhicules thermiques individuels en milieu urbain. Mode de transport devenant économiquement avantageux pour les différentes catégories d utilisateurs. «Environnement» «Performances» «Rentabilité» Choix de politique industrielle ayant un impact marginal sur les finances publiques. «Politique» 2
Les problèmes aujourd hui... Pollution Bruit ENVIRONNEMENT Augmentation du trafic routier (transport de personnes et de marchandises) Effet de serre ( rejet de CO 2 ) Epuisement des ressources fossiles ENVIRONNEMENT L impact du VE sur la pollution urbaine Depuis 1985, la consommation énergétique des transports augmente de 4 % par an en moyenne 11 Mtep/an pour le transport des personnes (soit 50 % du total de l automobile en France) dont 10 Mtep/an pour les voitures particulières. 5 Mtep/an pour les transports de marchandises assurés de plus en plus par de petits véhicules utilitaires (CU < 3T) dont la flotte a été multipliée par 2,6 en 20 ans. Le bilan global des rejets en France (hors émissions de l agriculture) montre que l automobile est le principal responsable des nuisances (60 % du NOx, 55 % du CO, 40 % des particules en suspensions, 33 % du CO 2, etc.) La pollution de l air est essentiellement issue de la montée en puissance du problème de congestion dans les agglomérations (1 trajet / 2 est inférieur à 3 Km) qui a une influence directe sur le niveau des rejets. 3 4 ENVIRONNEMENT Intérêt du VE pour une grande agglomération Points forts ENVIRONNEMENT Réponse appropriée aux problèmes de pollution de l air dans les grandes agglomérations. Polluants CO 2 CO NOx Rejets d un parc de 100 000 Clio (*) Tonnages / an 229 600 4 300 398 (*) modèle essence neuf (1,4 L) circulant 10 000 km/an. Importance relative d un parc de 100 000 VE Zone Ville de Paris Région Île de France Parc auto total (*) 790 300 5 197 800 % de VE 12,5 % 2 % (*) au 31.12.01 d après le Comité des Constructeurs Français d Automobiles. Impact direct sur la qualité de l air : 100 000 VE (= 2,4% du parc automobile de la Région Île de France) permettraient de supprimer 315 000 T d émissions de polluants par an. Le contexte Français «atypique» de production d électricité (plus de 80 % d origine non fossile) rend ce bilan environnemental encore plus attractif : une voiture à essence de référence (0,08 L/km) consomme 40 à 65 % d énergie «primaire» de plus qu un VE (0,2 kwh/km) pour une utilisation en ville. Influence positive sur d autres aspects du cadre de vie : réduction des nuisances sonores (7 millions de personnes soumises quotidiennement à plus de 65 db). 5 6
Principales conclusions : Devient une technique crédible face aux véhicules thermiques classiques, notamment en terme d autonomie et de vitesse. Efforts de R&D engagés dans le domaine des batteries (sous la pression des besoins des applications «portables» e.g. GSM, ordinateurs), améliore le rapport coût/performance. Industrialisation attendue du Lithium-ion ou Polymère (Li-Po) : - poids et encombrement réduits, - bonne probabilité d arriver à un coût acceptable (200 /kwh pour une unité de 100 000 batteries/an) Les progrès accomplis depuis 10 ans Une autonomie multipliée par 5 et une vitesse par 3 rendent désormais le VE compatible avec les besoins réels des automobilistes. Particuliers Besoins d un automobiliste Flottes Une moyenne de 5 trajets / jour représentant 1 heure de conduite et moins de 40 km de distance. Un total maximum de 80 km de déplacements / jour pour 90 % des particuliers. Un déplacement moyen de 100 à 150 km/jour. 7 8 Comparaison entre véhicule thermique et véhicule électrique L énergie embarquée d une Clio Comparaison entre véhicule thermique et véhicule électrique L autonomie d une Clio Essence Stockée en 4 minutes dans 50 l Environ 40 kg 1150 MJ 45 litres d essence consommation : 6 litres pour 100 km 750 km Stockée en 3 à 4 heures Support de stockage : Batterie Ni-Cd d environ 300 kg 9 270 MJ 11,4 kw.h à bord consommation : 15 kw.h pour 100 km 10 80 km
Comparaison entre véhicule thermique et véhicule électrique Prix de revient d une Clio pour 100 km Comparaison entre véhicule thermique et véhicule électrique Bilan... 1,4 le litre de super consommation : 6 litres pour 100 km 8,4 Entretien régulier du moteur Pollution Bruit Autonomie Prix à l achat Entretien des batteries Changement tous les 120 000 km De 4,5 à 11 centimes le kwh consommation : 15 à 20 kw.h pour 100 km 11 1 Coût à l achat Puissance Autonomie Performances 12 Pas de pollution Absence de bruit Peu d entretien Recyclage de tous les éléments L optimisation du rapport coût / performances Densité d énergie «SYSTEMES» BATTERIE Energie kwh Plomb 11 Ni-Cd 12 Ni-MH 18 Li-Po 28 Carburant (essence ou gas oil) = 10kW.h/litre Batterie (type Li-Ion, Li-Polymer) = (voir transparent suivant!) Poids kg 458 246 303 245 Autonomie km/cycle 67 87 118 200 Prix k. 2 6 6,5 6 /km (1) 0,08 0,02 0,03 0,02 Batterie d encombrement réduit (# 180 litres) pouvant se loger dans un véhicule de 800 kg (2) (1) Compte tenu des durées de vie respectives des batteries plomb (300 cycles) Ni-Cd (2000), Ni-MH (1500) et Li-Po (1000). (2) Véhicule pesant 800 kg hors batteries et ayant une consommation spécifique de 0,135 Wh par tonne et par kilomètre. 13 14
Energie pour 1 kg de batterie L évolution des batteries Comparaison des technologies Plomb Ni-Cd Ni-MH Li-Ion 35 Wh 50 Wh 70 Wh 120 Wh Masse de la batterie pour 200 km d autonomie L évolution des batteries Comparaison des technologies Plomb Ni-Cd Ni-MH Li-Ion 2700 kg 940 kg 500 kg 230 kg 15 16 Prix approximatif pour un stockage de 1 kwh L évolution des batteries Comparaison des technologies Plomb Ni-Cd Ni-MH Li-Ion 120 400 300 140 17 L évolution des batteries Étude comparative d une 106 électrique Caractéristiques techniques avec batterie Ni-Cd Autonomie : 80 km Vitesse de pointe : < 90 km/h Nombre de recharges possibles : 1500 changement de batterie tous les 120 000 km Caractéristiques techniques avec batterie Ni-MH Autonomie : 120 km Vitesse de pointe : 90 km/h Nombre de recharges possibles : 1200 changement de batterie tous les 145 000 km 18
Un moyen de transport agréable En comparaison aux véhicules thermiques : - possibilité de fortes accélérations au démarrage, - restitution d énergie pendant le freinage, - consommation (et pollution) nulle à l arrêt, - silence de fonctionnement, - risque de pannes très faible, Principaux aspects POLITIQUE FISCALE Perte de recettes fiscales (taxe sur les carburants). En 2002, 100 000 VE entraînent globalement une perte comprise entre 50,30 M et 74,70 M par an, dont plus de 80 % provient de la taxe sur les carburants. Le bilan sur les finances publiques sera amélioré par les effets indirects positifs (réductions des dépenses liées à la lutte contre le bruit, la pollution, la santé publique, etc). Difficile à chiffrer - coût d entretien réduit. 19 20 POLITIQUE ENERGETIQUE Compatibilité avec les capacités de production d électricité Tout dépend du nombre de véhicules électriques Hypothèse : 1 million de véhicules, soit 3 % du parc roulant actuellement en France -> influence marginale sur les centrales électriques d EDF la recharge ne représenterait que 0,4 % de la production annuelle d énergie (415 TWh en 1996) pour les VE effectuant en moyenne 8000 km/an, Les alternatives dans un très proche avenir... l appel de puissance correspondant ne s élèverait qu à environ 4 GW (1 million * 4kW), soit 6 % de la puissance totale lors de l enclenchement du tarif «heure creuse» (recharge principale la nuit), l utilisation d infrastructures de recharges rapides par 100 000 véhicules (10 % du parc de 1 million) constituerait un appel de puissance de 2 GW (20 kw/ve) absorbable entre 8 et 17 heures. Source : Direction des Transports, ADEME L hypothèse à 10 millions de véhicules (30 %) n est possible que pour une recharge nocturne 21 1 : Moteur électrique + transmission 2 : Batterie de traction 3 : Moteur thermique + alternateur 4 : calculateur de commande 5 et 6:Calculateur de gestion de l énergie 7 : Commande groupe auxiliaire 8 : refroidissement 9 : Réservoir d essence 22