SKIN & FNR

"Ziel mir keng!", vient après le "Wëssensmagazin Pisa" qui est diffusé dimanche soir sur RTL Tëlee. Vous pouvez également regarder les épisodes sur RTL Play et sur la chaîne YouTube science.lu

Les avantages et les inconvénients des voitures électriques et des voitures thermiques font depuis longtemps l’objet de débats. Mais qu’en est-il effectivement du bilan carbone ? La Commission européenne entend interdire la vente de voitures thermiques en Europe à compter de 2035. Il s'agit là d'une des mesures pour atteindre la neutralité climatique à l’horizon 2050. S’il est vrai que les voitures électriques peuvent se passer de diesel ou d’essence lors de l’utilisation, elles ont néanmoins 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 par rapport à une voiture thermique. Pour ce faire, il convient de comparer le procédé de fabrication et l’utilisation qui est faite de la voiture. Un facteur important à cet égard : il faut toujours comparer des modèles comparables, c'est-à-dire des modèles dont la taille, la puissance et l’année de construction coïncident plus ou moins.

Et encore une chose : nous ne souhaitons faire de publicité ni pour l’un ni pour l’autre type de voiture ! Nous nous limitons à en comparer l’empreinte carbone. Il existe bien sûr d'autres arguments pour ou contre ces deux types de voitures – par exemple leur aspect pratique, leur prix ou encore la disponibilité des matières premières, et bien d’autres.... Mais dans cette vidéo/cet article nous nous limitons à l’empreinte carbone.  

Pour cet épisode nous avons collaboré avec le chercheur Thomas Gibon du LIST, entre autres responsable pour la webpage climobil.lu, pour les calculs et vérifications des chiffres et exclamations.

Infobox

Biographie de Thomas Gibon

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 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 réside au niveau du procédé de fabrication de la batterie de la voiture électrique, qui est très gourmand en énergie. 

Nous sommes donc à 1:0 pour la voiture thermique !

Lors de la fabrication, l’empreinte carbone d’une voiture électrique est environ 1,5 fois supérieure à celle d’une voiture thermique.

 

 

Infobox

Commentaire de Thomas Gibon à propos de ce chiffre

Une étude de la Commission Européenne en 2020 (https://climate.ec.europa.eu/system/files/2020-09/2020_study_main_report_en.pdf) a montré que la production d’une voiture électrique (ce qui revient à la production du chassis, de la carrosserie, du train moteur, des accessoires et de la batterie) représente environ 60 g CO2 eq./km, et environ 40 g CO eq./km pour une voiture thermique. Donc la voiture électrique émet environ 50% plus, ou en d’autres mots 1,5 fois plus pendant la production.

Voiture électrique vs. Voiture thermique : empreinte carbonique pendant l’utilisation

Et qu’en est-il de l’empreinte carbone en cours d’utilisation du véhicule ? La voiture thermique produit pendant l’utilisation environ 3 à 4 fois plus de CO2 que la voiture électrique.

En fait, l’empreinte carbone dépend essentiellement de deux facteurs : 

  • De l'efficacité énergétique du moteur et  
  • De 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 ?   

Pour la 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 avec laquelle on 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

Théorie vs réalité respectivement conditions optimales vs conditions réelles

Dans des conditions optimales, le rendement est de 90%. Des constructeurs donnent des valeurs autour de ce chiffre  (p.e.x. https://www.renaultgroup.com/news-onair/actualites/le-rendement-dun-moteur-de-voiture-electrique/). Dans les conditions réelles, surtout s’il fait très froid et très chaud et il faut  utiliser la climatisation ou le chauffage, l’efficacité est inférieure.

Pour la voiture thermique, l’efficacité énergétique globale est seulement d’environ 30 – 40 %.  

Dans les conditions réelles elle est souvent inférieure. Surtout s’il fait très froid et très chaud et il faut en plus utiliser la climatisation ou le chauffage…

 

Note de la rédaction : Dans la vidéo nous mentionnons à voix haute que le chiffre de 30%. Nous avons changé ensuite le chiffre en 30-40% dans le graphique et ici dans l’article pour aussi donner une plage et être plus cohérent : Il y a toujours une différence entre ce qu’indiquent les constructeurs dans des conditions optimales et la réalité.

La voiture thermique utilise donc seulement 30-40 % de l'énergie contenue dans l’essence ou le diesel avec lequel on l’alimente pour se déplacer. La plus grande partie se perd lors de la combustion sous la forme de chaleur.  

Infobox

Commentaire de Thomas Gibon à propos de ces chiffres 

Dans des conditions optimales, c'est 36% pour l'essence et 42% pour le diesel, mais en réalité c’est plutôt 20% et tombe à 15% en ville. La valeur de 30% me semble raisonnable en tant que moyenne, respectivement une plage de 30-40% pour tenir compte des conditions optimales.  La différence entre efficacité optimale et réelle est très forte pour les véhicules thermiques parce qu’un moteur thermique tourne (et consomme) même à l’arrêt. Ce n’est pas le cas pour la voiture électrique, ou le moteur ne tourne que lorsque la voiture se déplace, ce qui est bien plus efficace

L’efficacité énergétique du moteur électrique est donc deux à trois fois supérieure à celle du moteur thermique.  

Infobox

Commentaire de Thomas Gibon : En comparant l’efficacité, il faudrait en fait aussi tenir compte des efficacités de la source d’énergie

En fait il faudrait aussi comparer les efficacités des différentes sources en prenant en compte tous les processus d’extraction, de production, de transport, etc. des sources d’énergie primaire (carburant, production électrique). Lorsque l’électricité est produite à partir d’énergies fossiles, il faut également compter l’efficacité des centrales électriques. À ce stade nous nous sommes concentrés sur l’efficacité du moteur, à partir du moment ou l’on introduit soit l’électricité, soit l’essence ou diesel dans la voiture. Selon la source ci-dessous l’efficacité du moteur électrique (Tank to Wheel) serait de  81,5%, celle du diesel de 36%, et celle du moteur à fuel de 30%. D’autres sources indiquent des efficacités pour le moteur électrique de 90%.

D’ailleurs on voit bien aussi que l’efficacité de la voiture électrique est aussi bien plus efficace que la voiture à hydrogène. 

Mais un moment : pour produire de l'électricité, il faut aussi de l'énergie et ce processus s’accompagne aussi d’émissions de CO2 !? 

C’est exact. Ce qui nous amène à notre deuxième point : l’empreinte carbone de la source énergétique.  

Pour le diesel et l’essence, elle est toujours élevée. La combustion génère de grandes quantités de CO2.  

L’empreinte carbone de l'électricité, toutefois, dépend en grande partie du fait si elle provient d’énergies renouvelables ou si elle est produite par 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

Commentaire de Thomas Gibon à propos de cette exclamation :

Les centrales électriques actuelles ont un rendement moyen de 37 %, on aboutirait alors presque au même résultat, que l'on brûle l'essence ou le diesel directement dans la voiture (rendement de 30 %) ou dans une centrale électrique, puis dans 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, il en achète la plus grande part.

Infobox

Commentaire de Thomas Gibon sur les chiffres du mix d’électricité

L’électricité peut être comptabilisée de deux manières : la manière commerciale (« sur papier ») et la manière physique. La première est celle utilisée pour les contrats d’électricité verte (mais inclut une grande partie de l’hydroélectricité scandinave, qui n’arrive pas physiquement au Luxembourg), et la seconde est la « vraie » électricité physique. C’est celle-là que j’utilise pour les calculs.

En tant que source des mix électriques nationaux on les voit ici: https://app.electricitymaps.com/zone/LU

On peut y afficher la moyenne annuelle p.ex. des 6 dernières années.

En ce qui concerne les sources des échanges, , donc les imports et les exports, on peut tout trouver ici : https://assets.ilr.lu/energie/Documents/ILRLU-1685561960-1129.pdf

En 2022, exceptionnellement, il y a eu un grand changement puisque presque aucune électricité ne provenait de France.

Donc on aboutit à :

 

Fossile

31.0%

Nucléaire

18.5%

Renouvelable

50.6%

Infobox

Commentaire de Thomas Gibon sur le mix d’énergie au Luxembourg en 2021

Au Luxembourg, en 2021, environ 46 % de notre consommation d'électricité (6,5 TWh[1]) provenait d'énergies renouvelables. Nous en avons acheté une grande partie (1,1 TWh auprès de la Belgique et de la France, et 3,1 TWh de l'Allemagne) et nous en avons produit nous-mêmes une plus petite partie, dont 80 % (1,0 de 1,2 TWh) provenait d'énergies renouvelables. Au total, environ 30 % de la consommation est générée par la combustion d’hydrocarbures (charbon et gaz), dont la quasi-totalité provient d'Allemagne. Il est également important de savoir que les seules importations en provenance de la France sont 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 :

Aussi nous avons fait une analyse des pours et contres de l’énergie nucléiaire :

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’une voiture électrique consomme en cours d’utilisation environ 3 à 4 fois moins de CO2 par kilomètre avec le bouquet énergétique luxembourgeois qu’une voiture thermique.  

Le score est donc de 1 partout !

Infobox

Commentaire de Thomas Gibon sur les différences entre pays :

En France, où l'électricité est d’environ 60 g CO2/kWh vous émettez environ 12 g CO2/km (avec une consommation de 20 kWh/100 km). En Europe et au Luxembourg (ou l’électricité est plutôt vers 300 g CO2/kWh) vous émettez alors plutôt environ 60 g CO2 /km.

Si l’on compare alors p.ex. une voiture diesel d’environ 6 l/100 avec respectivement 0,5 et 2,7 kg CO2/l pour les émissions amont (extraction, raffinage, transport et distribution du carburant) et directes, on aboutit à 6* (0,5 + 2,7) = 192 g/km.

Si l’on calcule les rapports on revient à 192/12 = 16 respectivement 192/60 = 3,2.

La voiture électrique émet donc 3 à 16 fois moins lors de son utilisation. Dire qu’une voiture électrique consomme 3-4 fois moins est donc conservateur, mais justifié dans le sens qu’il existe des voitures diesel qui consomment beaucoup moins de 6 litres. On voit : il y a des variances assez grandes selon quoi on compare.

Lors de l'utilisation, l'empreinte carbone de la voiture thermique est trois à quatre fois plus élevée que celle de la voiture électrique. 

Il faut savoir à ce sujet que la proportion d'énergies renouvelables ne cesse de croître. L’énergie destinée à la fabrication de véhicules électriques peut donc être produite de façon de plus en plus respectueuse de l’environnement. Ce scénario n’est pas possible avec la voiture thermique. Ici, il s’agit essentiellement de carburants fossiles associés à une empreinte carbone élevée.

 

Empreinte CO2 pendant le cycle de vie

L’élément déterminant, en fin de compte, c’est la quantité de CO2 que le modèle de voiture en question consomme tout au cours de son cycle de vie. 

Comparons à présent quelques modèles. Le LIST a conçu une page Web qui permet de le faire très facilement. Voici le lien :  www.climobil.lu

Si l'on compare par exemple une Golf à moteur à essence avec une Golf à moteur électrique, toutes les deux construites en 2017, avec une puissance similaire et utilisant 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 elle consomme moins de CO2 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 aura 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 la page, consultez le lien climobil.lu.

Conclusion : Si l'on tient compte du cycle de vie complet, c’est bien la voiture électrique qui consomme 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 d’environ 50 %.  

C'est valable pour le Luxembourg. En Europe, cette part 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 la page Web du LIST ! 

Le moteur électrique évoluera encore considérablement, 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 également faire le plein de biodiesel renouvelable dans votre voiture, mais à l’échelle celui-ci ne pourra jamais couvrir tous les besoins en carburant et ne pourra jouer qu'un rôle mineur. De plus, les biocarburants ont un impact climatique potentiel en fonction de la matière première utilisée (quelle culture ? quelle fréquence de récolte ? quels procédés agricoles ?) et principalement du changement d'affectation des sols direct et indirect.

Pour conclure, on peut dire que les voitures électriques ne constituent pas une solution idéale. Mais si l'UE souhaite réellement réduire ses émissions de CO2, il est judicieux d’opter pour ce type de véhicules. 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) 

Peer-Review et source respectivement vérification des chiffres : Dr Thomas Gibon (LIST) 

Lectorat : Michèle Weber, Lucie Zeches, Olivier Catani 

Vidéo : FNR & SKIN 
Graphiques: SKIN 

Aussi dans cette rubrique

29 février
Histoire du calendrier Quelles sont les origines de notre calendrier ?

Le 29 février n'a lieu que tous les quatre ans – pendant ce qu'on appelle les années bissextiles. Mais quelle en est l’explication et comment nos ancêtres ont-ils mis au point notre système calendair...

FNR
Artificial Intelligence The EU AI Act: driver or brake for research and innovation?

The world's first law to regulate artificial intelligence is on its way: the EU AI Act of the European Union. Three scientific experts explain what they think of the regulations.

Science-Check Ziel mir keng! - Kanner virum Ecran: wéi vill, wat, a wéi

Wat weess d’Wëssenschaft zu den Effekter vu klengen a groussen Ecrane bei Kanner?

FNR