SKIN & FNR
« Ziel mir keng! » est diffusé sur RTL Tëlee après le « Wëssensmagazin Pisa ». Vous pouvez aussi visionner les épisodes sur RTL Play et sur la chaîne YouTube science.lu. https://www.youtube.com/user/scienceluxembourg.
Les avantages et les inconvénients des voitures électriques et des voitures thermiques font depuis longtemps l’objet de débats.
Mais qu’en est-il réellement du bilan carbone ? S’il est vrai que les voitures électriques peuvent se passer de diesel ou d’essence à l’usage, elles ont toutefois besoin d’électricité et d’une batterie. Permettent-elles vraiment de faire des économies de CO2 ?
Pour ceux qui souhaitent déjà connaître la réponse : les voitures électriques ont une empreinte carbone plus faible quand leur cycle de vie est suffisamment long.
Plus concrètement, il convient d’analyser à partir de quel kilométrage une voiture électrique s’avère plus avantageuse qu’une voiture thermique. Pour ce faire, il faut comparer le procédé de fabrication et l’utilisation qui est faite de la voiture. Un point essentiel dans ce contexte : il faut toujours comparer des modèles équivalents, c’est-à-dire des véhicules dont la taille, la puissance et l’année de construction sont plus ou moins identiques.
Et encore une chose : nous ne souhaitons faire de publicité ni pour l’un ni pour l’autre type de voiture ! Nous nous contentons de comparer leur empreinte carbone. Il existe bien sûr d’autres arguments pour ou contre ces deux types de voitures, tels que leur aspect pratique, leur prix ou encore la disponibilité des matières premières. Mais dans cet article, nous nous limitons à l’empreinte carbone.
Pour cet épisode, nous avons travaillé avec le chercheur Thomas Gibon du LIST, responsable entre autres du site Internet climobil.lu, pour ce qui est des calculs et de la vérification des chiffres et des affirmations.
Infobox
Thomas Gibon est chercheur au Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) depuis 2016. Ingénieur de l’École Centrale Paris (2008), il détient également un doctorat de l’Université Norvégienne de Science et Technologie (2017). Ses activités de recherche ont pour principal sujet l’évaluation des impacts environnementaux, appliquée notamment aux systèmes énergétiques, à la mobilité, aux bâtiments et aux produits financiers. Outre ses publications dans des revues scientifiques, il a notamment contribué au cinquième rapport d’évaluation du GIEC (2014), ainsi qu’à d’autres rapports sous la houlette des Nations Unies, comme par exemple « Green Energy Choices » (UNEP, 2015), « Green Technology Choices » (UNEP, 2016) ou la plus récente analyse du cycle de vie comparative de la production d’électricité (UNECE, 2021). Thomas Gibon est aussi impliqué dans des activités de vulgarisation sur les thèmes de l’empreinte carbone et de la décarbonation auprès du grand public et des étudiants.
Voiture électrique vs voiture thermique : empreinte carbone pendant la fabrication
Prenons pour commencer l’empreinte carbone lors du processus de fabrication : l’empreinte carbone d’une voiture électrique est environ 1,5 fois supérieure à celle d’une voiture thermique, si l’on compare des modèles similaires, bien entendu. La grande différence tient au procédé de fabrication de la batterie de la voiture électrique, qui est très gourmand en énergie.
Le score est donc de 1 à 0 pour la voiture thermique !
Lors du procédé de fabrication, l’empreinte carbone d’une voiture électrique est environ 1,5 fois supérieure à celle d’une voiture thermique.
Infobox
Une étude de la Commission européenne publiée en 2020 (https://climate.ec.europa.eu/system/files/2020-09/2020_study_main_report_en.pdf) a montré que la fabrication d’une voiture électrique (c’est-à-dire la production du châssis, de la carrosserie, du groupe motopropulseur, des accessoires et de la batterie) entraîne environ 60 g CO2 eq./km, contre environ 40 g CO2 eq./km pour une voiture thermique. La voiture électrique génère donc près de 50 % (soit environ 1,5 fois) plus d’émissions pendant le procédé de production.
Voiture électrique vs voiture thermique : empreinte carbone pendant l’utilisation
Qu’en est-il de l’empreinte carbone lorsque la voiture est en cours d’utilisation ? À l’usage, la voiture thermique produit environ trois à quatre fois plus de CO2 que la voiture électrique.
L’empreinte carbone dépend essentiellement de deux facteurs :
- l’efficacité énergétique du moteur et
- la source énergétique.
Penchons-nous sur l’efficacité énergétique du moteur : quel pourcentage de l’énergie reçue la voiture utilise-t-elle effectivement pour rouler, donc pour se déplacer ?
Dans le cas d’une voiture électrique, l’efficacité énergétique globale est de 80 à 90 %.
La voiture électrique utilise donc 80 à 90 % de l’énergie contenue dans l’électricité qui l’alimente pour se déplacer. Le reste se perd – essentiellement lors de la charge de la batterie et pendant la conversion de l’énergie électrique en énergie mécanique.
Infobox
Dans des conditions optimales, le rendement est de 90 %. Certains constructeurs indiquent des valeurs de cet ordre de grandeur (p. ex. https://www.renaultgroup.com/news-onair/actualites/le-rendement-dun-moteur-de-voiture-electrique/). Dans les conditions réelles, surtout s’il fait très froid ou très chaud et qu’il faut utiliser la climatisation ou le chauffage, le rendement est inférieur.
Pour la voiture thermique, l’efficacité énergétique globale est seulement d’environ 30 à 40 %.
Dans les conditions réelles, l’efficacité énergétique de la voiture thermique est souvent inférieure, surtout s’il fait très froid ou très chaud et qu’il faut en plus faire fonctionner la climatisation ou le chauffage…
Note de la rédaction : dans la vidéo, nous évoquons le chiffre de 30 %. Nous avons remplacé ce chiffre par « 30 à 40 % » dans cet article pour fournir une plage et être plus cohérents. Il y a toujours un écart entre les valeurs indiquées par les constructeurs qui se fondent sur des conditions optimales et la réalité.
La voiture thermique n’utilise donc que 30 à 40 % de l’énergie contenue dans l’essence ou le diesel qui l’alimente pour se déplacer. La plus grande partie se perd lors de la combustion sous la forme de chaleur.
Infobox
Dans des conditions optimales, ce chiffre est de 36 % pour l’essence et de 42 % pour le diesel. Mais en réalité, il se situe toutefois plutôt autour de 20 %, respectivement 15 % en ville. Le chiffre de 30 % me semble raisonnable comme moyenne. À défaut, une fourchette de 30 à 40 % peut être retenue pour tenir compte des conditions optimales. L’écart entre l’efficacité optimale et l’efficacité réelle est particulièrement important pour les véhicules thermiques parce qu’un moteur thermique tourne (et consomme) aussi à l’arrêt. Ce n’est pas le cas de la voiture électrique, dont le moteur ne fonctionne que lorsque la voiture se déplace, ce qui limite les pertes d’énergie.
L’efficacité énergétique du moteur électrique est donc deux à trois fois supérieure à celle du moteur thermique.
Infobox
Lorsqu’on compare l’efficacité, il faudrait aussi tenir compte de l’efficacité de la source énergétique.
En réalité, il faudrait comparer l’efficacité des différentes sources en prenant en compte l’ensemble des processus d’extraction, de production, de transport, etc. des sources d’énergie primaire (carburant, production d’électricité). Quand l’électricité est produite à partir d’énergies fossiles, l’efficacité des centrales électriques doit aussi être prise en compte. Nous nous sommes toutefois concentrés ici dans un premier temps sur l’efficacité du moteur à partir du moment où la voiture est alimentée soit en électricité, soit en essence ou en diesel. L’efficacité du moteur électrique (tank to wheel) est de 80 à 90 %, celle du diesel de plus ou moins 36 % et celle du moteur essence de 30 %.
Par ailleurs, l’efficacité de la voiture électrique est aussi nettement supérieure à celle de la voiture à hydrogène.
Une minute !
Pour produire de l’électricité, il faut de l’énergie, et ce processus s’accompagne aussi d’émissions de CO2, n’est-ce pas ?
C’est exact ! Ce qui nous amène à notre deuxième point, à savoir l’empreinte carbone de la source énergétique.
Pour le diesel et l’essence, l’empreinte carbone est toujours élevée. La combustion génère de grandes quantités de CO2.
L’empreinte carbone de l’électricité, en revanche, dépend en grande partie de l’énergie utilisée pour la produire, selon qu’elle provient d’énergies renouvelables ou d’une centrale électrique au charbon ou au gaz.
Dans le cas extrême où l’électricité serait produite à 100 % par la combustion d’énergies fossiles, la voiture électrique ne présenterait aucun avantage en termes de CO2.* Mais ce scénario ne correspond pas à la réalité.
Infobox
Les centrales électriques actuelles présentent un rendement moyen de 37 %, de sorte que le résultat serait pratiquement le même, que l’essence ou le diesel soient utilisés directement par la voiture (rendement de 30 %) ou dans une centrale électrique, puis par la voiture électrique (37 % × 80 % = 30 %).
Au Luxembourg, une part relativement importante du bouquet énergétique provient d’énergies renouvelables associées à une faible empreinte carbone.
En 2022, 51 % du bouquet énergétique provenaient d’énergies renouvelables, 18 % de l’énergie nucléaire et 31 % de combustibles fossiles.
Le Luxembourg ne produit qu’une petite partie de l’électricité et en achète la plus grande part.
Infobox
L’électricité peut être comptabilisée de deux manières : la méthode commerciale (« sur le papier ») et la méthode physique. La première méthode de calcul est utilisée pour les contrats d’électricité verte (elle comprend toutefois une grande part d’hydroélectricité scandinave qui n’arrive pas physiquement au Luxembourg), tandis que la seconde correspond à l’électricité physique « réelle ». C’est cette dernière que j’utilise pour mes calculs.
Vous pouvez consulter le bouquet énergétique du Luxembourg sur le site suivant : https://app.electricitymaps.com/zone/LU
Il permet notamment d’afficher la moyenne annuelle des six dernières années.
Les sources concernant les échanges commerciaux, à savoir les importations et les exportations, sont disponibles ici : https://assets.ilr.lu/energie/Documents/ILRLU-1685561960-1129.pdf
En 2022, un changement majeur est intervenu à titre exceptionnel, puisque les importations d’électricité en provenance de la France ont été presque nulles.
On arrive donc aux chiffres suivants :
|
Énergie fossile |
31,0 % |
|
Énergie nucléaire |
18,5 % |
|
Énergies renouvelables |
50,6 % |
Infobox
En 2021, environ 46 % de l’électricité consommée au Luxembourg (6,5 TWh) provenait d’énergies renouvelables. Nous nous sommes en grande partie approvisionnés auprès de nos pays voisins (1,1 TWh provenait de la Belgique et de la France, et 3,1 TWh de l’Allemagne). Le pays a produit seulement une petite partie de l’électricité qu’il a consommée, dont 80 % (1,0 TWh sur 1,2 TWh) provenaient d’énergies renouvelables. Au total, environ 30 % de l’électricité consommée est générée par la combustion d’hydrocarbures (charbon et gaz), dont la quasi-totalité provient d’Allemagne. Il convient aussi de préciser que les importations en provenance de la France sont exclusivement destinées à l’industrie sidérurgique et n’atteignent pas le réseau résidentiel.
D’ailleurs, petite parenthèse: nous avons déjà analysé les surfaces qui seraient nécessaires pour que le Luxembourg puisse couvrir tous ses besoins énergiques par des énergies renouvelables et quels sont les avantages et les inconvénients de l'énergie nucléaire. Vous pouvez le découvrir ici :
Par ailleurs, nous avons réalisé une analyse des avantages et des inconvénients de l’énergie nucléaire :
Revenons à notre sujet. Qu’est-ce que tout cela signifie pour les voitures électriques au Luxembourg ?
Si nous additionnons les deux éléments – à savoir un moteur avec une meilleure efficacité énergétique et le bilan carbone plus intéressant de la source énergétique – nous constatons
- qu’avec une voiture électrique en cours d’utilisation, environ trois à quatre fois moins de CO2 par kilomètre sont émis avec le bouquet énergétique luxembourgeois qu’avec une voiture thermique.
Le score est donc de 1 partout !
Infobox
En France, où l’intensité carbone de la production d’électricité (qui tient compte de la manière dont l’électricité est produite et de la quantité de CO2 générée par ce mode de production) est d’environ 60 g CO2/kWh, une voiture électrique émet environ 12 g CO2/km (avec une consommation de 20 kWh/100 km). En Europe et au Luxembourg (où l’intensité carbone de la production d’électricité se situe plutôt vers 300 g CO2/kWh), les émissions d’une voiture électrique sont d’environ 60 g CO2/km.
Si l’on compare, par exemple, une voiture diesel qui consomme environ 6 l/100 km avec 0,5 kg CO2/l pour les émissions en amont (extraction, raffinage, transport et distribution du carburant) et 2,7 kg CO2/l pour les émissions directes, on obtient 6 (0,5 + 2,7) = 192 g/km.
Quand on met ces chiffres en relation, on arrive à un facteur de 192/12 = 16, respectivement 192/60 = 3,2.
La voiture électrique émet donc 3 à 16 fois moins en phase d’utilisation. L’affirmation selon laquelle une voiture électrique produit trois à quatre fois moins de CO2 est donc prudente, mais justifiée dans le sens où il existe des voitures diesel dont la consommation est largement inférieure à 6 litres. On observe donc des différences assez marquées selon les éléments qu’on compare.
En phase d’utilisation, une voiture thermique présente une empreinte carbone trois à quatre fois plus élevée qu’une voiture électrique.
Il convient de noter à cet égard que la proportion d’énergies renouvelables ne cesse d’augmenter. L’énergie utilisée pour la fabrication de véhicules électriques peut donc être produite de façon de plus en plus respectueuse de l’environnement. Ce scénario ne s’applique pas aux véhicules thermiques, dont le procédé de fabrication s’appuie majoritairement sur des carburants fossiles associés à une empreinte carbone élevée.
Empreinte carbone pendant le cycle de vie
L’élément déterminant, en fin de compte, c’est la quantité de CO2 produite par le modèle de voiture en question tout au cours de son cycle de vie.
Comparons à présent quelques modèles. Le LIST a développé le site www.climobil.lu qui rend cette démarche très simple.
Si l’on compare, par exemple, une Golf à moteur essence avec une Golf à moteur électrique, qui ont toutes les deux été construites en 2017, présentent une puissance similaire et utilisent le bouquet énergétique luxembourgeois, on constate que la voiture électrique démarre avec un bilan carbone plus élevé en raison du procédé de fabrication plus énergivore. Mais, comme moins de CO2 est émis en cours d’utilisation, elle devance la voiture thermique dès un kilométrage d’environ 48 000 km. À partir de ce moment, la voiture électrique présentera une empreinte carbone globale plus faible. Si l’on part du principe qu’une voiture fait plus de 250 000 km, la différence à la fin du cycle de vie est considérable.
Si l’on compare une BMW série 3 avec une Tesla modèle 3, la Tesla présente un meilleur bilan carbone que la BMW dès 37 000 km. Pour explorer vous-même le site, rendez-vous sur www.climobil.lu.
Conclusion : si l’on tient compte du cycle de vie complet, c’est bien la voiture électrique qui émet moins de CO2 que la voiture thermique.
De façon générale, le bilan carbone de la voiture électrique est meilleur à partir d’un kilométrage compris entre 25 000 et 100 000 km, selon le modèle que l’on compare et le pays en question.
*Sources : ADEME 2022 link: AVIS VE.pub (nextinpact.com) & climobil.lu.
Infobox
En Suède, où la part d’énergies renouvelables dans la production d’électricité est plus importante, la voiture électrique devance déjà plus tôt la voiture thermique. En Pologne, où la part de carburants fossiles est plus élevée, ce moment intervient plus tard.
Tout au long du cycle de vie, une voiture électrique permet une économie de CO2 de l’ordre de 50 %.
Ce chiffre est valable pour le Luxembourg. En Europe, il est d’environ 25 à 75 %, selon le pays et le bouquet énergétique.
Tenir compte des tendances futures
Un autre message important pour conclure : dans une telle comparaison, il est indispensable de tenir compte non seulement de la situation actuelle, mais aussi des évolutions futures.
C’est d’ailleurs ce que fait le site Internet du LIST !
Le moteur électrique connaîtra encore des évolutions considérables, les batteries deviendront de plus en plus efficaces et le marché du recyclage se développera.
En outre, la part d’énergies renouvelables dans le bouquet énergétique augmentera.
On ne s’attend toutefois plus à de grandes améliorations technologiques pour ce qui est des moteurs thermiques. Et les combustibles fossiles... restent des combustibles fossiles.
Commentaire de Thomas Gibon : Bien sûr, vous pouvez aussi faire le plein de biodiesel renouvelable avec votre voiture, mais, à grande échelle, il ne pourra jamais couvrir tous les besoins en carburant et ne jouera qu’un rôle mineur. De plus, les biocarburants ont des impacts potentiels sur le climat qui dépendent de la matière première utilisée (quelle culture ? quelle fréquence de récolte ? quels procédés agricoles ?) et principalement des changements directs et indirects d’affectation des sols.
Pour conclure, on peut affirmer que les voitures électriques ne constituent pas une solution idéale. Il serait bien entendu préférable de recourir moins souvent à la voiture de façon générale. Mais ça, c’est une autre discussion 😊
Auteur : Jean-Paul Bertemes (FNR)
Examen par les pairs, vérification des sources et des chiffres : Dr Thomas Gibon (LIST)
Édition : Michèle Weber, Lucie Zeches, Olivier Catani
Vidéo : FNR & SKIN
Graphiques : SKIN
