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Quel véhicule choisir : électrique ou thermique ?


Intégrer la question environnementale à l’occasion de l’achat d’un véhicule est une question complexe en raison de :

  • la diversité des enjeux environnementaux à considérer, dont certains sont contradictoires ;
  • la diversité de l’offre des constructeurs.

La diversité des enjeux environnementaux à considérer

Il faut distinguer les enjeux de :

  • court terme (pollution atmosphérique1 essentiellement, mais aussi les nuisances sonores) ;
  • moyen et long termes (changement climatique, gestion des ressources et notamment de l’énergie, gestion des déchets).

Le véhicule hybride est exclu, car il cumule tous les inconvénients.

1. Les enjeux de court terme

La pollution atmosphérique (essentiellement dans nos villes) est liée aux émissions de NOx, COV, et particules (pour le diesel) des véhicules thermiques. Le véhicule électrique (toutes technologies confondues) peut-être considéré « sans émission » si, comme en France, la production d’électricité2 est décarbonée.

A noter que la tendance actuelle visant à inciter le consommateur à passer du diesel à l’essence va certes améliorer la question du court terme (moins de particules), mais dégrader la question du long terme (plus de CO2). En effet, dans des conditions optimales de fonctionnement, le rendement maximal peut atteindre 36 % pour un moteur à essence et de 42 % pour un moteur Diesel.

2. Les enjeux de moyen et long termes

Il faut considérer les émissions de CO2 sur l’ensemble du cycle de vie du véhicule (voir ci-dessous). A la fabrication, tous les véhicules électriques sont plus gourmands en CO2 que les véhicules thermiques. Mais à l’usage le véhicule électrique refait largement son retard (PJ1), sous réserve d’une production d’électricité décarbonée3.

Comparaisons véhicules thermiques / électriques CO2 sur le cycle de vie – source ADEME

Si on se fie aux objectifs définis pour 2040 (15.6 millions de véhicules électriques), une augmentation de la production d’électricité d’environ 10 %4 est nécessaire. Il est illusoire de penser que l’éolien ou le solaire puissent être une alternative : leur taux de disponibilité très faible (0.15 sur une année) nécessite en effet de construire en complément un second parc (pour pallier l’absence de vent ou de soleil). En Allemagne, ce choix a été fait. Malgré 320 Milliards d’€ investis dans les ENR, l’arrêt des réacteurs nucléaires a conduit à la réouverture des centrales au lignite et une augmentation des émissions de CO2.

Le meilleur choix est donc la voiture électrique (avec batterie ou hydrogène), devant l’hybride, puis le diesel et enfin l’essence. Mais il suppose d’anticiper la future augmentation de la demande en électricité par des moyens de production décarbonés.

La diversité de l’offre des constructeurs en « électrique »

Parmi les véhicules électriques, plusieurs choix sont possibles :

  • électrique avec batteries (type ZOE) ;
  • hybride thermique-électrique (type YARIS) ;
  • électrique à hydrogène.

1. Les véhicules électriques avec batteries

L’électricité est produite à l’extérieur du véhicule et stockée dans une ou plusieurs batteries. L’énergie est ensuite transférée au moteur qui la transforme en énergie mécanique. Malgré cette double transformation, le rendement est supérieur au moteur thermique.

La question des terres rares

Les terres rares ont été utilisées dans les batteries NiMH (Nickel Métal Hybride) dont la cathode contenait un alliage lanthane-pentanickel (LaNi5). Elles ont équipé la Toyota Prius et la Honda. Aujourd’hui, cette technologie a été remplacée par les batteries « lithium5-ion (Li-ion) » aux performances bien plus élevées (puissance maximale pour un poids minimal : voir le schéma ci-dessous). Si certains modèles de Toyota hybrides font encore exception, la grande majorité des véhicules hybrides et électriques disposent aujourd’hui de batteries Li-ion qui ne contiennent pas de terres rares.

Les batteries en fin de vie

Le recyclage des matériaux contenus dans les batteries lithium-ion est complexe en raison de :

  • la dangerosité (pour la santé des travailleurs) des produits concernés ;
  • la puissance électrique résiduelle qui peut provoquer des incendies ou des explosions ;
  • la sensibilité de l’électrolyte à l’eau (avec formation possible de HF).
  • la sensibilité du lithium à l’eau (formation d’hydrogène ou d’hydroxyde de lithium) ;
  • le risque de pollution lié à la présence de métaux comme le cobalt, le nickel et le manganèse.

Il semble toutefois que les filières de traitement soient en place : dans son compte rendu publié fin 2016, l’ADEME indique que « les premiers tonnages d’accumulateurs lithium issus des véhicules électriques ont été traités en 2012 ». En 2015, il a été collecté 11.903 tonnes d’accumulateurs industriels, dont font partie les batteries de voitures. Près de Lyon, la SNAM présente des chiffres intéressants (graphe ci-dessous) en termes de recyclage (98% des matériaux récupérés et revendus dont les métaux)  : elle prévoit de traiter 220.000 accumulateurs de véhicules hybrides et 40.000 de véhicules électriques en 2020.

Recyclage des batteries à la SNAM

Disponibilité des ressources (le lithium)

50% des réserves mondiales sont situées dans le triangle Argentine, Bolivie et Chili. C’est l’un des endroits les plus secs du monde. Or pour extraire le lithium, de grandes quantités d’eau sont nécessaires. Le procédé est simple et peu couteux. Aussi le recyclage du lithium est-il indispensable pour réduire les impact environnementaux.

What is the environmental impact of lithium mining?
Extraction du lithium par évaporation naturelle

Pourquoi ça coince ?

La diffusion à grande échelle de la technologie est limitée par :

  • les coûts à l’achat des véhicules ;
  • leur faible autonomie (300 à 350 km au mieux) ;
  • le temps nécessaire « pour faire le plein ».

En revanche, le coût à l’usage est réduit : 2,5 € aux 100 km pour une ZOE.

2. Les véhicules électriques à hydrogène

L’électricité est produite à l’intérieur du véhicule par une pile à combustible. Comme pour la technologie batterie, l’intérêt d’un parc de véhicule hydrogène est fortement compromis si la production électrique n’est pas décarbonée. L’hydrogène est en effet abondant sur terre mais toujours sous forme complexe (H2O, H2S,…). Il faut donc séparer les atomes avec… de l’électricité (par hydrolyse6 dans le cas de l’eau). L’Hydrogène est stocké dans le véhicule à forte pression. Une électrolyse inverse (pile à combustible) permet de produire de l’électricité transférée au même moteur électrique. Seul de la vapeur d’eau est rejetée. Cette triple transformation de l’énergie dégrade le rendement global qui est inférieur à celui du véhicule avec batteries.

Principe de la pile à combustible des véhicules électriques

Par rapport au Li-Ion, l’hydrogène présente l’avantage :

  • d’une grande autonomie des véhicules (700 km) ;
  • de ne pas utiliser de substances dangereuses7 ;
  • de n’émettre aucun polluant ;
  • d’un temps réduit pour « faire le plein » (5 minutes).

Le point faible par rapport à la batterie : l’utilisation rationnelle de l’énergie

L’hydrogène n’étant qu’un vecteur énergétique, il suppose une succession de transformations, entre source primaire d’énergie et énergie finale utilisée. Le rendement de l’électrolyse est de 70%. La compression et la recombinaison de la molécule d’eau dans la pile se font avec un rendement de 45%. Le rendement global de la chaîne, de l’électricité primaire à l’électricité utile restituée, se situe ainsi dans une fourchette de 20 à 30%.

Pour cette raison, et dans le but d’une efficacité globale des systèmes énergétiques, le stockage électrochimique (batterie) est à privilégier lorsque cela est possible. Le rendement de ce type de stockage est en effet meilleur, supérieur à 80%.

En conclusion

Dans un contexte de production électrique décarbonée, le choix doit se porter sur la voiture à électrique qui permet de minimiser l’ensemble des impacts sur l’environnement.

La technologie hydrogène permet une plus grande autonomie (700 km), présente un temps de recharge du réservoir très faible (5 minutes), mais est moins performante en termes d’utilisation rationnelle de l’énergie en raison de son rendement plus faible que le stockage électrochimique sur batterie. Elle présente l’avantage de ne pas utiliser le matériaux toxiques. Seul du platine est nécessaire pour la catalyse.

La technologie « stockage électrochimique sur batterie » présente une autonomie plus faible (300 km) et un temps de recharge assez long. Elle est moins onéreuse au km parcouru, mais suppose la création d‘une filière aval de traitement des batteries qui contient des métaux toxiques.Cette filière est toutefois mature.

La technologie batterie semble donc la plus appropriée.

1Selon le rapport « Energy and air pollution » publié en 2016 par l’AIE, le transport routier serait responsable de 58% des émissions mondiales de NOx et de 73% de celles de particules fines PM 2.5.

275 % nucléaire et 20 % hydraulique

3 Ainsi un véhicule électrique utilisé en Pologne (avec une production électrique basée sur le charbon) ou en Allemagne est moins vertueux qu’un véhicule à essence.

4 soit une dizaine de réacteurs nucléaires supplémentaires ce qui est difficilement envisageable dans le contexte actuel

5Les principaux acteurs et fabricants des batteries ou cellules Li-ion sont des géants Asiatiques et Américains, alors que 70 % à 80 % des ressources globales en lithium se trouvent en Bolivie, Argentine et au Chili.

6Il existe une autre technique : le craquage de molécules de méthane mais qui suppose l’utilisation d’énergie fossile.

7Seul un catalyseur est nécessaire : du platine. Sa disponibilité à grande échelle ‘mondiale) n’est pas garantie. Mais des recherches sont en cours pour trouver d’autres cathalyseurs.

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Catégories :Ecologie, EnvironnementTags:

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