La Voiture Électrique Est-Elle Un Mirage Écologique?

Introduction

 

On en parle partout, dans tous les journaux, à la télévision, sur internet, je veux bien entendu dire qu’on parle du réchauffement climatique! Ce sujet préoccupe non seulement les médias mais aussi les politiciens, qui essaie de faire quelque chose pour limiter les dégâts. 

On dit même que la protection et la préservation de l’environnement ainsi que l’économie d’énergie sont les maîtres mots de ce XXIè siècle.

De nouvelles technologies voient le jour pour moins polluer, telles que les panneaux solaires, les éoliennes… Mais on essaie aussi de faire en sorte que les voitures polluent moins, en soutenant par exemple les voitures qui émettent moins de CO2 que les autres, le bonus écologique. Et progressivement les voitures électriques viennent sur le marché de l’automobile. Une voiture zéro émission, cela semble être la solution parfaite pour remplacer les voitures qui sont bientôt à court d’essence. Mais est-ce vraiment notre avenir? Les voitures électriques sont-elles vrai­ment écologiques?

C’est à cette question que je vais répondre dans ce travail. Néanmoins, je vais devoir passer sur certains critères pour dire si la voiture électrique est vraiment écologique car ce sont des sujets difficiles à enquêter et à documenter. Ces critères sont les critères de pollution de l’acheminement des matières premières pour construire les voitures, ainsi que les critères de pollution de la construction des véhicules (par exemple: peinture, électricité pour faire fonctionner l’usine…), et les critères de pollution du transport des véhicules jusqu’à leur lieu de vente.

Historique de la voiture électrique

 

Les voitures électriques ne sont pas nouvelles, en effet la première voiture électrique a fait son appa­rition aux alentours des années 1830. Elle fut in­ventée par Robert Anderson, un homme d’affaire écossais, et ressemblait plutôt à une carriole élec­trique (voir illustration 1). 

Puis en 1859, le français Gaston Planté invente la batterie rechargeable au plomb acide, qui sera améliorée au fil du temps.

Juste avant le commencement du  XXème siècle, pour la première fois de l’histoire de l’automobile, une voiture franchit le cap des 100 km/h, c’était une voiture électrique appelée «La Jamais Contente« (voir illustration 2).

Et dès 1900, la voiture électrique connait ses beaux jours, plus du tiers des voitures sont élec­trique, le reste étant des voitures à essence et à vapeur. 

Mais au bout de vingt ans de règne, les ventes de ces voitures vont décliner, en raison de leur faible autonomie, leur manque de puissance, et de leur prix, pour presque entièrement dispa­raitre.

La prise de conscience progressive liée aux pro­blèmes de pollution de l’atmosphère remet les voitures électriques à la mode. Mais à cause des crises économiques (pétrolières) et politiques, le développement de ces voitures fut irrégulier. A l’heure actuelle, les voitures électriques connaissent un rebond d’intérêt, mais malgré le progrès des techniques, restent de très loin infé­rieur en nombre que les voitures à essence.

 

Fonctionnement des voitures électriques

 

Pour comprendre la suite de ce travail, il faut d'abord comprendre le fonctionnement d'une voiture électrique. Le mécanisme d'une voiture électrique est assez simple, assez semblable à celui d'une voiture à essence.

Il y a dans la voiture une batterie (au lieu de l'essence) qui stocke l'électricité, et qui est reliée au moteur électrique par l'intermédiaire d'un régulateur et d'un convertisseur (voir illustra­tion3). Le régulateur sert à régler l'intensité du courant qui alimente le moteur, il fonctionne tout simplement: lorsqu'on appuie sur la pédale d'accélérateur, la batterie libère plus de cou­rant. Ce courant va aller dans le convertisseur où il sera transformé en courant alternatif1.

Le moteur électrique est constitué principalement d'une bobine de cuivre mobile et d'un sta­tor2. La partie fixe est constituée d'un ou de plusieurs aimants, c'est ainsi qu'un champ magné­tique est généré lorsque le courant passe dans la bobine. Ce champ est opposé a celui créé par les aimants, et c'est par cette opposition qu'une force tangentielle à l’axe de rotation, autre­ment dit un couple, est créée. Ce couple passe sur les roues, et est aussi proportionnel au cou­rant, donc plus il y a de courant, plus la vitesse sera grande.

Un point fort du véhicule est la chaîne de transmission électromécanique, qui libère un couple élevé à basse vitesse, pour accélérer, et d'un couple moins élevé à une vitesse constante. Un autre avantage de ce type de moteur est qu'il transforme l'énergie cinétique du véhicule en énergie électrique pendant le temps de décélération et de freinage. Le moteur devient un géné­rateur qui recharge les batteries. La recharge des batteries, se fait le plus souvent par conduc­tion, c'est-à-dire de brancher directement une prise à la voiture.

Les nouvelles générations de batterie peuvent environ parcourir 200'000 kilomètres (150'000 pour le modèle de Mitsubishi), sachant que chaque recharge fait légèrement évoluer sa com­position.

 

Les avantages de la voiture électrique sont 3:

 

•                  Aucune émission d’hydrocarbures, de particules ou de fumées.

•                  Les composants de la batterie sont 100% recyclables.

•                  Aucune consommation pendant les phases de ralenti.

•                  Les batteries se rechargent pendant les phases de décélération.

•                  Possibilité de parcourir jusqu’à 1 million de kilomètres (le moteur)

•                  Les dépenses d’entretien sont réduites de 30 à 40 %.

•                  Les occasions de pannes sont 3 fois moins nombreuses.

•                  Le moteur ne cale jamais (car il n'y a pas d’embrayage)

•                  Le moteur est parfaitement silencieux.

 

Pollution

 

Selon l’art. 7 de la LPE4, la pollution atmosphérique est définie comme étant les modifications de l’état naturel de l’air provoquées par la fumée, la suie, la poussière, les gaz, les aérosols, les vapeurs.

La pollution provient essentiellement des gaz et particules rejetées dans l’air par les véhicules à moteur, les installations de chauffage, les centrales thermiques et les installations indus­trielles. Ces gaz et particules sont : dioxydes de carbone, de soufre et d’azote, poussières, par­ticules radioactives, produits chimiques (dont certains engrais et pesticides), etc.

Certaines molécules, tels que le CFC, sont même capables de détruire la couche d’ozone (trou d’ozone).

 

Les voitures sont les championnes de la pol­lution, et c’est grâce à elles qu’on doit la ma­jeure partie des émissions de gaz à effet de serre, soit environ 26% (voir illustration 4). Comme les voitures rejettent du dioxyde de car­bone CO2 (gaz à effet de serre),  du mo­noxyde de carbone (CO), de l’oxyde d'azote (Nox),des hydrocarbures imbrûlés (HC), des particules en suspension, du dioxyde de soufre SO2, du plomb et du ben­zène. Toutes ces molécules participent au ré­chauffement climatique ou provoquent des maladies chez les hommes.

 

 

Selon des études, une voiture, indépendamment du modèle, émet entre 3.1 et 10 tonnes de gaz à effet de serre chaque année (calculs basés sur une distance de 24'000 km par année). Et on estime que 22 milliards de tonnes de CO2 sont émis chaque année, à l’échelle planétaire. 

Les gaz à effets de serre sont des éléments gazeux qui absorbent le rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre. Autrement dit, la chaleur est «piégée« dans l’atmosphère, ce qui empêche la Terre de se refroidir, ce qui fait que la température de la Terre augmente (voir illustration 6).

 

Polluent-elles vraiment moins?

 

Comme je l’ai déjà dit dans l'introduction, je vais devoir négliger certains critères de pollution telles que la pollution à l’acheminement des matières premières pour construire les voitures, la pollution de la construction des véhicules et la pollution du transport des voitures. Ces critères sont difficiles à enquêter et à documenter. En revanche, je vais enquêter sur la pollution indirecte émise à la recharge d'une voiture électrique, la pollution de la consommation énergétique et pour finir, je vais m'intéresser au recyclage des voitures électriques.

 

Pollution de la consommation énergétique

 

Les batteries de la voiture électrique sont un sujet très controversé, et posent plusieurs ques­tions: polluent-elles à la fabrication, au recyclage, est-ce que la recharge pollue?

La nouvelle génération de batteries, des batteries lithium-ion, sont celle qui sont aussi utilisées dans les téléphones portables, dans les ordinateurs portables... Ces batteries ont une relative­ment petite autonomie, entre 100 et 200 kilomètre5. Mais ces batteries ont une durée de vie li­mitée, entre 50'000 et 100'000 kilomètres, et d’environ 10 ans. De plus ces batteries sont très chères, elles coûtent environ 25'000 CHF6.

Le plus grand problème de la batterie est sa recharge. Non pas qu’il faut attendre entre 7 et 10 heures, mais il faut la recharger avec de l’électricité, qui pollue à la production.

 

La production de l’électricité se fait à partir du pétrole, du gaz naturel, du charbon, de l'éner­gie nucléaire, de l'énergie hydraulique, de l'énergie solaire, de l'énergie éolienne et de l'éner­gie de la biomasse. Mais produire cette électricité rejette du dioxyde de carbone. Cette quanti­té de dioxyde de carbone rejetée change pour chaque matières premières utilisées pour pro­duire l’électricité. Par exemple un pays tel que la France, qui utilise beaucoup de centrales nu­cléaires pour produire son électricité rejettera moins de dioxyde de carbone qu'un pays comme l'Inde qui produit majoritairement son électricité à partir de charbon.

Donc je vais calculer la quantité de CO2 qui est rejetée pour pouvoir parcourir un kilomètre avec une voiture électrique. Pour cela je vais prendre une moyenne de kWh7 nécessaire pour parcourir un kilomètre et ensuite le multiplier avec le nombre de CO2  qui est rejeté pour la fa­brication d’un kWh, et son transport.

Une voiture électrique a besoin, en moyenne, de 20 kWh aux 100 km (valeur moyenne que j’ai choisie, les voitures électriques consomment entre 10 et 30 kWh selon les modèles). Donc il faut environ 0.2 kWh par kilomètre. 

La quantité de dioxyde de carbone émise pour un kWh varie fortement selon les pays. Dans le livre de Francis Meunier «Thermodynamique de l'ingénieur: énergétique environnement« il y a les chiffres8 de dioxyde de carbone émis pour la fabrication d’un kWh dans les principaux pays d’Europe.

 

● Suède: 0,04 kg CO2 / kWh él.

● France: 0,09 kg CO2 / kWh él.

● Autriche: 0,20 kg CO2 / kWh él.

● Finlande: 0,24 kg CO2 / kWh él.

● Belgique: 0,29 kg CO2 / kWh él.

● Espagne: 0,48 kg CO2 / kWh él.

● Italie: 0,59 kg CO2 / kWh él.

● Allemagne: 0,60 kg CO2 / kWh él.

● Pays Bas: 0,64 kg CO2 / kWh él.

● Grèce: 0,64 kg CO2 / kWh él.

● Royaume-Uni: 0,64 kg CO2 / kWh él.

● Portugal: 0,64 kg CO2 / kWh él.

● Irlande: 0,70 kg CO2 / kWh él.

● Danemark: 0,84 kg CO2 / kWh él.

● Luxembourg: 1,08 kg CO2 / kWh él.

 

Moyenne de l'Europe : 0,46 kg CO2 / kWh él.

 

Ces chiffres datent de 2003 mais ont très peu changé, car les nouvelles constructions, qui ne sont pas si nombreuses, n'ont qu’une petite influence sur ces moyennes.

On voit que l’Allemagne, dont on a une image écologique, n’est pas aussi verte qu’on le pense. Mais des pays tels que la France et la Suède, qui utilisent beaucoup le nucléaire (respectivement 76% et 45%) émettent moins de dioxyde de carbone que les autres pays. En Europe les mauvais élèves comme le Luxembourg et le Danemark utilisent beaucoup les énergies fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon) pour produire leur électricité, et de ce fait émettent plus de dioxyde de carbone que les autres pays.

Dans le tableau ci-dessous (illustration 8), il y a de nouveau la moyenne de CO2 émis par kWh mais cette fois-ci au niveau mondial. Ce sont ces chiffres qui vont être en partie utilisé pour  mes calculs. La moyenne mondiale est de 0,51 kg9 (=510 g) de CO2  par kWh.

Mais je vais devoir encore tenir comte de la perte de puissance électrique entre la centrale et la station de charge de la voiture qui est d’environ 10%. Donc pour chaque kWh dont a besoin une voiture électrique, il faut que la centrale produise 1,1kWh.

Avec ces chiffres, je vais pouvoir calculer combien de CO2 est indirectement émis par une voiture électrique.

 

Développement du calcul:

Consommation moyenne par une voiture électrique en kWh multipliée par la moyenne mon­diale de CO2  émis par kWh multiplié par 1,1 (de puissance électrique entre la centrale et la station de charge de la voiture)

0,2 x 510 x 1,1= 112,2 g de CO2  par kilomètre

Dans ce calcul, il y a un facteur qui n’est pas pris en compte, c’est la recharge de la batterie pendant les phases de décélération et de freinage. Mais ce nombre de kWh qui est produit par la voiture est très petit et très difficile à mesurer et réduit au maximum de 10% les émissions de CO2.

J’ai pris la moyenne mondiale d’émission de dioxyde de carbone pour produire un kWh car je veux comparer la moyenne d’émission indirecte de CO2 d’une voiture électrique à la moyenne d’émission directe de CO2 par une voiture à essence. Ce calcul permet de savoir si mondiale­ment la voiture électrique est écologique.

Donc je vais comparer la quantité de CO2 émis par une voiture électrique avec la moyenne mondiale de CO2 émis par une voiture à essence. Cette moyenne est de 174 grammes CO2 par kilomètre. Au 174 grammes de CO2, il faut rajouter 25%10 de CO2  lié à l'extraction, au trans­port, au raffinage puis à la distribution du carburant. Ce qui fait 217,5 de CO2  par kilomètres. 

Donc mondialement, une voiture électrique émet 1,92 fois moins de CO2 qu’une voiture à es­sence. Ce qui est un peu au-dessous des attentes, pour une voiture qui est censée sauver la pla­nète. De plus les nouvelles voitures à essence peuvent émettre (sans extraction, le trans­port, le raffinage et la distribution du carburant) moins de 100 grammes de CO2 par kilomètre. Le record est détenu par la Smart Fortwo qui émet que 88 grammes de CO2 par kilomètre, suivie de près par la Seat Ibiza Ecomotive qui émet 99 grammes de CO2.

 

Ce tableau (illustration 9) montre les émissions de CO2 d'une voiture électrique comparé avec une voiture à essence. Sur l'axe des "x" les émissions de CO2 et sur l'axe des "y" les voitures électriques recharger avec différentes sources d'énergie, et à essence, classé du moins polluant au plus polluant.

Mais les émissions CO2 d'une voiture électrique changent énormément d'un pays à un autre, en France la voiture électrique sera très écologique tandis qu'en Inde elle le sera moins. Donc si on vit dans un pays où la majorité d’électricité est produite par des centrales nucléaires ou avec des énergies renouvelables, une voiture électrique émet moins de CO2 qu’une voiture à essence.

Avec les chiffres déjà trouvés et mentionnés plus haut, je vais pouvoir calculer la moyenne des émissions indirecte d'une voiture électrique en France.

Calcul:             0,2 x 90 x 1,1= 19,8 grammes de CO2 par kilomètre.

La moyenne d’émission de CO2 des voitures à essence de la France est de 140 g/km de CO211, donc 175 g/km de CO2 si on prend en compte les 25% d'émission de l'extraction à la pompe.

Donc une voiture électrique en France émet 8,8 fois moins de CO2 par rapport à la moyenne d’émission d’une voiture à essence en France. Le chiffre 19,8 grammes de CO2 est juste car un rapport de l'ADEME12, qui n'est pas publié en entier, a trouvé une moyenne de 20 grammes de CO2. Cette petite différence peut s'expliquer de deux façons, soit l'ADEME a arrondi ses chiffres, soit ils ont pris des chiffres plus précis. 

Mais toutefois, toute l’électricité qui est utilisée, dans le cas de la France, provient (à 80%) de centrales nucléaire, et même Joeri Thijs, de Greenpeace dit que:

«Si les véhicules électriques peuvent participer à la transition vers un modèle de transport plus soutenable, il est indispensable que leur développement soit couplé à un engagement ferme pour s'assurer qu'ils fonctionnent à l'électricité d'origine renouvelable .«.

 

Car le nucléaire, bien qu'il ne pollue pas, pose plusieurs problèmes de gestion des déchets nu­cléaires, risque d’accident nucléaire… Donc recharger ces batteries dans un pays tel que la France émet très peu de CO2 mais produit des déchets nucléaires.

 

Je vais prendre maintenant l'Inde, qui est l'opposé de la France. L'Inde produit la majorité de son électricité avec du charbon est l'un des pays qui pollue le plus par kWh (voir illustration 8), donc 950 grammes de CO2 par kWh, soit plus de 10 fois plus que la France.

Calcul:             0,2 x 950 x 1,1= 209 grammes de CO2 par kilomètre.

On voit très bien que si l'on compare cette moyenne à celle des voiture modernes, qui est de 225g/km (180g/km +25% de l'extraction à la pompe), que la voiture électrique ne pollue que 1,07 fois moins qu'une voiture normale. Ainsi une voiture électrique rechargée en Inde pollue presque autant qu'une voiture moderne, dite polluante.

Avec ces deux exemples, on voit très bien que la moyenne d'émission des voitures électriques varie fortement en fonction du pays.

Je vais faire ce même calcul pour la Suisse et pouvoir dire si la voiture électrique rechargée en Suisse est écologique. Les émissions de CO2  pour la production d'un kWh sont de 154 grammes13, grâce à une grande part de production nucléaire (voir illustration 12) et renouve­lable (énergie hydrau­lique, solaire et éolienne).

Donc une voiture électrique en Suisse émet 33,88 g/km de CO2 (même calcul que les précé­dents: 0,2 x 154 x 1,1= 33,88). Cette moyenne comparée à la moyenne d'émission des voitures à essences qui est de 25014 grammes de CO2 par kilomètre (200 grammes de CO2 par kilomètre+ 25% pour de l'extraction à la pompe), une voiture électrique en Suisse émet 7,4 fois moins de CO2 qu'une voiture à essence. De plus, contrairement à la France, la Suisse émet moins de déchets nucléaires grâce à une grande production d'électricité à l'aide de l'eau. En ré­sumé une voiture électrique rechargée en Suisse pollue très peu et rejette peu de déchet nu­cléaire.

 

Recyclage des voitures électriques

 

L’entretien d’une voiture électronique est 30% à 40% moins cher, ce qui veut dire que l’on doit moins changer les pièces. Le moteur thermique dégage beaucoup de chaleur, qui crée plusieurs problèmes. Le premier problème est le risque de surchauffe, qui nécessite un sys­tème complexe de refroidissement. Le deuxième est que la chaleur est néfaste sur l'usure des pièces, qui ont besoin d'un entretien régulier et coûteux. Le moteur électrique n'a pas ses pro­blème car le moteur chauffe nettement moins. De plus il est composé d'éléments recyclables à plus de 95% (fonte, cuivre, aluminium, acier...), tandis que le recyclage d'un moteur ther­mique est plus difficile. Il existe déjà des filières capables de recycler les batteries lithium-ion, qui sont à 95% recyclable contre 90% pour les batteries de démarrage conventionnelle.

Mais la voiture à essence est elle aussi recyclable, par exemple l'Audi A2 est recyclable à 98%. Les pneus sont les composants les plus difficilies à recycler. Donc si la voiture moderne est recyclable, la voiture électrique, dont la composition est plus simple, l'est aussi.

 

Exemple d’un concept existant

Il existe un concept de Better Place qui est en train de se mettre en place, ce concept est assez simple, l’entreprise Better Place développe et installe un réseau de station de recharge et d'échange de batteries, et permettrait ainsi de recharger sa voiture  

Les points de charges sont des bornes installées à travers tout le pays, du domicile aux lieux   publics, et permettent de recharger la batterie en 4 à 8 heures.

 

Les stations d’échange de batteries (aussi appelée « Quick Drop « par Renault),  sont un peu comme les stations à essence mais au lieu de sortir de la voiture, il suffit de rester dans la voi­ture et la batterie, qui est au-dessous de la voiture, est changée par un mécanisme automa­tique. Ces stations permettent d'effectuer des long trajets sans attendre que la batterie se re­charge et enlève un point faible de la voiture électrique. 

 

Le projet de Better Place est déjà mis en place et se développera ses prochaine années. Il permet donc de supprimer le plus grand défaut de la voiture électrique, c'est-à-dire l'autonomie. Better Place assure ainsi un avenir à la voiture électrique si celle-ci devient compétitive. 

 

Conclusion

En conclusion, le bilan de la voiture électrique n'est pas si mauvais, mais un effort principal est encore à faire pour la rendre plus verte: la diminution de la pollution provenant de la production d'électricité. Si la production de l'électricité dans le monde était principalement fournie par des énergies renouvelable, la voiture électrique serait une excellente solution pour réduire les émissions de gaz à effets de serre. Et comme je l'ai déjà écrit, dans un pays où l'électricité est fabriquée par des centrales nucléaires ou avec des énergies renouvelables, tels que la France ou la Suisse, la voiture électrique est une meilleure alternative par rapport à la voiture à essence, mais malheureusement les émissions indirectes d'une voiture électrique varient fortement d'un pays à un autre.

On peut donc réduire les émissions de la voiture électrique en produisant de l'électricité avec des sources peu polluante, mais une voiture 100% propre n'existera jamais, car la fabrication et le transport vont toujours polluer. Donc la voiture 100% propre restera toujours une utopie.

Les constructeurs d’automobile, qui eux aussi essaient de développer des voitures polluant moins, se sont engagés à construire des voitures neuves émettant moins de 95 grammes de CO2 par kilo­mètre pour 2013, ce qui reste encore assez rare de nos jours, seule une voiture (la Smart Fort­wo) est en en dessous de 95 grammes de CO2 par kilomètre. Ce qui voudrais dire que les voi­tures modernes pollueraient un peu moins, mais toujours plus qu'une voiture électrique dans un pays dans lequel l'électricité est produite avec des sources peu polluantes.

La voiture électrique n’est pas la solution miracle à laquelle on pense au premier abord, mais c'est une bonne alternative pour polluer moins. Il ne faut pas oublier qu'il existe aussi d’autres  solutions pour moins polluer: prendre le bus, le train, ou tout simplement se servir plus souvent de ses jambes!

 

Bibliographie

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Autres sources

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