Les défis de la voiture électrique

26 septembre 2019 - Posté par Alain Grandjean - ( 8 ) Commentaires

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Kirill Borisenko sur wikimedia
Credit : Kirill Borisenko sur wikimedia

Le très fort développement attendu des véhicules électriques, illustré en septembre 2019 par les annonces au salon de Francfort avec la nouvelle ID3 de Volkwagen et de nombreux autres modèles, offre un espoir réel et significatif pour décarboner les transports et réduire rapidement notre dépendance au pétrole. Les hauts niveaux d’investissements prévus dans la filière attestent de cette dynamique et laissent entrevoir une baisse significative des coûts de production. Ainsi une étude du cabinet Deloitte annonce la parité coût entre le véhicule thermique et le véhicule électrique à batterie dès 2022.

Après avoir rappelé les enjeux de la décarbonation du transport et de la mobilité nous passerons en revue trois questions régulièrement mises en avant dans le débat pour ou contre le véhicule électrique. Nous verrons en particulier que :

  • les impacts environnementaux du véhicule électrique, et particulièrement des batteries, sont connus, limités, et maîtrisés ;
  • les enjeux de ressources, s’ils sont importants pour le pétrole, sont non significatifs concernant les matériaux nécessaires pour la production en masse de batteries ;
  • les perspectives en terme d’emplois pour la filière automobile sont inquiétantes pour la France – et encore plus si un effort d’industrialisation important n’est pas mené sur la filière du véhicule électrique, en particulier sur la production et le recyclage de batteries.

1. La voiture électrique, vecteur essentiel de décarbonation des transports

Outils de la mobilité quotidienne par excellence, très majoritairement utilisés pour le trajet domicile-travail par les Français et les Européens, les voitures particulières et les véhicules utilitaires légers sont responsables de 72 % des émissions de gaz à effet de serre du transport en France en 2017, soit environ 100 MtCO2[1]. Les transports dans leur ensemble représentent 138 MtCO2, qui devraient se réduire, selon la Stratégie Nationale bas Carbone, à 128 MtCO2 sur la période 2019-2023 puis à 112 MtCO2 sur 2024-2028, pour être quasi-nulles à l’horizon 2050. Or les émissions d’échappement (selon les protocoles d’homologation) des véhicules particuliers vendus reprennent leur croissance à 120 g CO2 / km en 2018 contre 118 en 2017.

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Compte tenu de l’aménagement du territoire, et des dynamiques de développement des métropoles, il est nécessaire de proposer des alternatives à la voiture thermique qui permettent néanmoins une « mobilité à 360° et 70 km/h[2] ».

Les vecteurs possibles sont déjà bien connus. Le vélo et les transports en commun, malgré de fortes croissances, ne permettent pas d’infléchir la courbe du trafic automobile. Les efforts sont à faire porter sur le poids des véhicules[3] et leur taux de remplissage ainsi que la réduction de nos besoins de mobilité. Mais il faut aussi changer d’énergie : basculer sur l’électrique (éventuellement en hybride de manière transitoire), sur la filière gaz pour le transport lourd et plus tard vers l’hydrogène et le biométhane.

En termes d’impact carbone, la filière combinant électricité renouvelable (solaire en particulier) et véhicule électrique à batterie est de loin la plus performante. Passer par le vecteur hydrogène est une alternative possible à la batterie mais qui a aujourd’hui deux inconvénients pour les voitures particulières : le coût des véhicules hydrogène est trop élevé[4] et le sera durablement (car la courbe d’apprentissage n’est pas sur la même dynamique que celle des batteries) et, par ailleurs, le rendement énergétique global est moins bon (car il faut transformer l’électricité en hydrogène puis faire la transformation inverse…[5]). En revanche le gaz (Hydrogène ou biométhane) sera probablement bienvenu pour aider la gestion des productions intermittentes dans les réseaux électriques si la pénétration des énergies renouvelables variables devient très significative.

Ainsi, à court terme (rappelons ici que notre enjeu commun est bien d’infléchir les émissions sans attendre !) la solution de la voiture électrique à batterie va s’imposer car elle est la seule économiquement viable et dont les perspectives de coûts sont compatibles avec une logique de marché.

En particulier son prix, batterie comprise, va s’aligner avec celui de la voiture thermique d’ici 2022 à 2025 suivant les géographies, ce qui ouvre la voie à un déploiement de masse (sans compter les soutiens indirects apportés par un certain nombre d’agglomérations qui souhaitent sortir le diesel des villes, le confort perçu par les clients qui ne reviennent plus au véhicule thermique une fois goûté le confort de l’électrique ou les moindres coûts de fonctionnement et d’entretien).

2. Les impacts environnementaux de la VE sont de second ordre par rapport à son bénéfice pour le climat

Deux sujets sont à évoquer : les ressources mobilisées pour la production de la voiture et le recyclage des batteries. La question de la production des batteries fait souvent l’objet d’un débat sur la disponibilité des matières dites « rares » (il n’y a pas assez de Lithium…) et de la lancinante question du recyclage des batteries, sujet qui du reste revient tout autant s’agissant des panneaux solaires.

Il s’agit là d’un double mauvais procès. Mais avant d’y répondre rappelons quelques données de base.

  • Nos voitures actuelles, d’un poids moyen d’une tonne et demie, ont une durée de vie de l’ordre de 19 ans ; environ 1,15 Millions de voitures (pour la France) sont mises hors d’usage chaque année et mises en centres agréés, ce qui représente environ 1,2 millions de tonnes de matériaux divers à recycler. Le taux de réutilisation et valorisation des matériaux composant est d’environ 95% ces voitures[6], avec des filières qui fonctionnent bien même si les citoyens ne les connaissent pas. En fait, la question principale est relative aux véhicules en fin de vie qui ne sont pas mis en décharge contrôlée (environ 500 000 véhicules d’après une estimation du gouvernement), [7] sujet sur le quel la priorité doit être mise.
  • Concernant la vie des voitures sur la route, un pack de batteries d’une Zoé pèse 300 kg environ dont 10 kg de Lithium, 5 kg de Cobalt et de Nickel, et 30 kg de graphite. Le reste est constitué de métaux et de l’électrolyte liquide, dont la valeur est plus faible. Ces matériaux ne sont pas consommés : au bout de 10 années de durée de vie les quantités de Lithium, Cobalt et Nickel sont toujours présentes, simplement sous une forme différente…
  • Une voiture classique « consomme » quant à elle chaque année 1 000 kg de pétrole (par définition non renouvelable) qu’elle transforme en CO2. Mais comme nous ne voyons pas la quantité qui passe par la pompe, nous n’avons pas conscience du volume de matière mis en œuvre…

Le recyclage des batteries

La principale idée reçue sur les batteries réside dans la supposée difficulté à les recycler. Rappelons d’abord que la question du recyclage n’est pas spécifique à cette technologie. Ensuite, pour les batteries il s’agit d’un enjeu de moyen terme plus que de court terme compte tenu des volumes. Dans les 10 prochaines années, ces volumes à recycler seront amenés à augmenter continuellement. En effet, le marché mondial actuel est modeste, de l’ordre de 100 000 tonnes qui sont toutes quasiment intégralement recyclées (majoritairement en Chine, mais nous avons en Europe et en France des acteurs qui savent très bien faire, comme par exemple la SNAM), pour atteindre de l’ordre de 2 millions de tonnes de batteries à traiter.

De plus la durée de vie des batteries sera sans doute plus grande qu’imaginée à ce stade : après les 8 ou 10 ans dans une voiture, la batterie pourra être utilisée comme stockage stationnaire de 5 à 10 ans, offrant pour un prix modique une solution très compétitive pour aider à l’équilibre offre / demande.

En toute fin de vie, des solutions d’hydrométallurgie permettent de séparer les composants et de boucler le cycle[8]. Il convient donc de distinguer les sujets « recyclage matière » pour des raisons géopolitiques / géostratégiques (exemple avec le Li, le Co, le Mg) et les sujets « empreinte environnementale ».

Enfin, l’enjeu du recyclage est d’abord un enjeu de volume et de justification économique plus qu’un enjeu technique ou financier : il est très difficile d’obtenir aujourd’hui des investissements dans le recyclage car les matières premières sont disponibles abondamment et que les batteries à recycler sont encore trop peu nombreuses !

L’impact carbone des véhicules et les besoins en matériaux des batteries

La seconde idée reçue concerne l’impact carbone des voitures à batterie qui serait le même voire pire que celui des voitures thermiques. Cet impact peut s’évaluer, en analyse de cycle de vie, en intégrant les émissions liées à la fabrication de la voiture et de la batterie, à la circulation du véhicule et à sa fin de vie. Les calculs montrent qu’en France, avec une électricité peu carbonée, cet impact est bien meilleur que celui d’une voiture thermique, comme le montre le graphique ci-après et l’ensemble des études disponibles[9]. La situation est évidemment différente dans des pays où l’électricité est faite à base de charbon ou d’un mix très carboné[10].

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Ensuite, et contrairement à ce qu’argumentent les détracteurs de cette technologie, les minerais utilisées dans la batterie (Lithium, Nickel, Cobalt) sont assez largement disponibles par rapport à des besoins encore limités. Une batterie de Zoé (300 kg) représente comme évoqué précédemment quelques dizaines de kg de métaux « nobles » le reste étant des minerais classiques comme l’aluminium, le fer, etc. Par ailleurs, la recherche de nouveaux gisements n’en est qu’à ses débuts.

L’usine de Tesla par exemple, qui mobilise plus de 6000 tonnes de Lithium par an, se fournit en grande partie en Amérique du Nord, qui n’est pas réputée pour être un gros producteur. L’usine de Northvolt, impulsée par Volkswagen (un investissement de près d’un milliard d’euros) se fournira en Europe.

Par ailleurs, nous aurons de moins en moins besoin de ces minerais du fait de l’évolution des technologies. L’utilisation du cobalt a ainsi été divisée par 3 en quelques années avec l’abandon de la technologie LiCO2 et le passage de la technologie NMC 1:1:1 au NMC 8:1:1. Les recherches en cours, en particulier celles de Jeff Dahn, expert pour TESLA, promettent ainsi des cellules moins chères (moins de 100$/kWh) et plus durables (6000 cycles soit 1,5 millions de km parcourus) ce qui diminue mécaniquement la quantité de matière utilisée pour le même service de stockage.

Enfin, on recycle déjà et on pourrait recycler beaucoup plus. Seulement, comme déjà noté ci-avant, encore faut-il que les prix et les volumes le justifient sur le plan économique. Cela nécessitera sans doute des investissements stratégiques locaux tout à fait à la portée de l’Europe. En revanche, ne rien faire et envoyer toutes nos ressources à recycler en Asie, leur fournissant ainsi une nouvelle source de matériaux facilement valorisables, n’est pas une stratégie soutenable.

Évoquons rapidement un dernier point : ces minerais seraient exploités dans des conditions sociales et environnementales inacceptables. Il est malheureusement réel que l’industrie extractive (et minière en particulier) a toujours des impacts. La vigilance s’impose donc évidemment, mais pas plus ou moins dans ces minerais rares que pour le pétrole, le charbon ou…l’uranium.  

3. Contrecarrer autant que possible les impacts négatifs en terme d’emplois et de balance commerciale

Il fait maintenant consensus que le passage à l’électrique va détruire beaucoup d’emplois en Europe dans l’industrie automobile, les différentes études évoquent de 20 à 40% des emplois d’un secteur employant environ 13 Millions de personnes en Europe et en particulier chez les garagistes (quasiment plus d’entretien pour une voiture électrique). En ordre de grandeur une voiture électrique nécessite 60% de pièces en moins (15 000 pièces contre 35 000), et une partie importante de la valeur ajoutée se retrouve dans la batterie.

Concernant la balance commerciale, citons une note de France Stratégie[11] :

« Les voitures particulières utilisées pour le transport individuel consomment chaque année en France environ 23 millions de tonnes équivalent pétrole, ce qui représente 164 millions de barils de pétrole ou encore l’équivalent de 26 milliards de litres de pétrole. La France ne produisant que 1 % de sa consommation, ce sont 10 milliards de dollars de pétrole qui sont importés[12] chaque année pour le transport individuel en voitures particulières. Atteindre la neutralité carbone à horizon 2050 — cap fixé par le ministre de la Transition écologique et solidaire — implique que l’intégralité des voitures circulant en France soient électriques. Si l’on prend comme hypothèse un parc de 32 millions de voitures électriques équipées chacune d’une batterie de 50 kWh qui coûte 150 $/kWh à produire, la fabrication de ces batteries représente un coût total de 240 milliards de dollars sur trente ans, soit 8 milliards par an. Si nous ne fabriquons pas ces batteries sur notre sol, les importations de batteries annuleront donc la grande majorité des économies réalisées sur nos importations de pétrole. »

La conclusion pourrait être nuancée avec un prix de la batterie à 100$/kWh voire à 70 $/kWh, qui ramènerait les importations à un montant de 3 à 5 milliards de dollars annuels ; mais la question est évidemment centrale.

Les batteries vont elles se faire en Chine, en Corée ou au Japon ? Sans aucun doute oui, sans effort ni volonté politique forte en France. Le projet de Northvolt, déjà évoqué, démontre qu’il y a de la place en Europe pour des usines de production de batteries (jusqu’à 50% de la valeur des futures voitures !). Les compétences sont là, les capitaux abondent et les produits peuvent être à des niveaux de prix compétitifs. Il est par contre absolument essentiel de ne pas rater le train et de démarrer dès maintenant avec des investissements du même niveau que ceux menés par nos partenaires ou concurrents asiatiques.

C’est tout l’objet des projets de GigaFactory portés par Northvolt, ou Tesla aux USA : internaliser les compétences, prendre part à la course à la taille qui s’annonce, indispensable pour baisser les coûts, et s’appuyer sur l’excellence de la R&D européenne, fonctionnant en partenariats, pour faire émerger en Europe des champions mondiaux qui participeront à l’atteinte des objectifs de baisse des couts, ce qui suppose aussi de viser les technologies de masse[13].Les procédés et compétences associés sont ceux de la chimie, de l’électrométallurgie, des domaines d’excellence pour les ingénieurs et ouvriers français et européens.

C’est une vraie opportunité unique de réindustrialisation en Europe et en France !

Alain Grandjean, Benoit Lemaignan (Senior Manager chez Innoenergy) et Gilles Moreau (Directeur Technique de Lancey Energy Storage)

NOTES

[1] Millions de tonnes de CO2
[2] Selon l’expression de Y. Crozet du LAET (Laboratoire Aménagement Economie Transports).
[3]Voir le Rapport Les politiques publiques en faveur des véhicules à très faibles émissions – France Stratégie – Mai 2018
[4] pour de nombreux usages comme les taxis, qui roulent nettement plus, l’hydrogène pourrait offrir une solution pertinente, mais cela dépendra de la capacité de cette filière à suivre les progrès du véhicule électrique…
[5] Voir les articles Majority of automotive execs still believe battery-powered cars will fail and fuel cells are the future, Electrec 2017  et The ICE age is over: Why battery cars will beat hybrids and fuel cells, The Driven 2018
[6] Voir Rapport annuel de l’observatoire de la filière des véhicules hors d’usage -Données 2017 – Ademe p 90-91
[7] Des mesures ont été prises par le gouvernement dans la feuille de route pour l’Economie circulaire (mesure 40). Il faudra en mesurer l’impact, mais on peut douter qu’elles soient suffisantes.
[8] Comme le font déjà en Europe des entreprises comme Recupyl, SNAM ou Northvolt.
[9] Voir par exemple celle de l’ADEME ou celle de la Fondation pour la Nature et l’Homme
[10] Voir la cartographie de l’impact de l’électricité sur le climat.
[11] Comment faire enfin baisser les émissions de CO2 des voitures, Note de France stratégie, mai 2019
[12] Et sur lesquels s’applique la TICPE dont les baisses futures de recettes doivent aussi être anticipées.
[13] Et d’éviter de viser des technologies en rupture, car nous avons vu ce qu’il est advenu de l’industrie du panneau solaire en Europe : elle a quasiment disparu faute d’avoir su investir suffisamment pour rester dans la course des prix, ayant trop souvent visé une différentiation technologique dont la pertinence économique n’a jamais été démontrée (fameuse théorie des courbes d’apprentissage et des parts de marché…)

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8 Responses to “Les défis de la voiture électrique”

  1. Bonjour et merci . Très intéressant comme étude . Maintenant , on entend tellement de choses différentes . Deux exemples :1)https://www.numerama.com/vroom/530041-un-patron-de-bmw-semporte-personne-ne-veut-de-voiture-electrique-en-europe.html . (juin 2019 ) Pourtant , cette personne a largement contribué à développer l’électrique chez BMW ( 25 modèles d’ici 2025 ) mais estime que les gens n’en veulent pas vraiment … 2) j’ai bcp aimé sur Youtube Olivier Vidal (CNRS Grenoble ) sur les ressources ( en particulier le cuivre ) . Pour un profane comme moi, compliqué à suivre mais des images fortes comme le champ minier ( cuivre ) de kennecott ( énorme verrue ) qu’il faudrait reproduire x fois pour satisfaire les besoins….

  2. Bonjour.

    Excellente mise au point sur le sujet très populaire des « matériaux rares » et le recyclage. Il faut aussi rappeler que le très décrié néodyme n’est utilisé que dans les aimants permanents donc pas dans une Zoé (et dans moins d’éoliennes qu’on veut le croire d’ailleurs).

    On peut aussi évoquer le double langage de Carlos Tavarez sur le sujet : dans une 1ere lettre ouverte, il s’insurgeait contre les matériaux rares de la voiture électrique et quelques années plus tard, il nous dit « la VE, c’est très bien, mais ça ne se fera pas sans aides publiques ». Tout cela n’est que le fruit d’un manque d’anticipation d’un virage technologique par nos industries.

  3. Merci pour cette analyse. Si l’on transformait demain tout le parc automobile français en voitures électriques, de combien, en pourcentage, aurait-on besoin d’augmenter notre production électrique décarbonée? La Chine, premier producteur de véhicules électriques, rend la ville plus propre mais ne rend pas l’atmosphère plus libre de CO2 et autres émanations du charbon. Ils ont juste, pour l’instant, déplacé le problème en périphérie. Ceci étant, il est vrai qu’ils s’équipent de centrales nucléaires type EPR.

    •   Alain Grandjean   28 septembre 2019 à 19 h 59 min

      bonjour
      France Stratégie a estimé la conso d’un parc de voitures electriques en france, à 90 TWh; la CRE a raisonné sur le chiffre de 2MWh par véhicule et par an; ca fait 2TWh par million de véhicules et 60 TWh en ordre de grandeur pour le parc (donc moins que france stratégie; mais tous ces chiffres sont à ce stade à prendre en ordre de grandeur). La conso française d’électricité en 2017 etait de 430 TWH; on parle donc de 15 à 20%
      c’est pas un pb;le sujet le plus délicat est la gestion de la recharge, qui pourrait susciter des forts appels de puissance; il faut des dispositifs pour qu’elle soit étalée; cela me semble largement accessible. Bien à vous. AG

  4. Beau, juste mais 10 ans trop tard
    En 2005 premier scouter électrique, 2008 première voiture, depuis plus de 200.000km roulé avec 100% solaire de mes 6500wc solaires.
    Actuellement Modèle S, l’an prochain en sion,
    Et vous…..

  5. Bonjour.
    Afin d apporter un complément, je me permets toutefois d’être plus tempéré que vous sur la place des batteries de seconde vie en tant que service de stockage et d’équilibrage du système électrique. En effet des études récentes contredisent l’optimisme des constructeurs automobiles en la matiére. Voir par exemple le récent rapport de RTE sur l’électromobilité.
    https://www.rte-france.com/sites/default/files/electromobilite_synthese_9.pdf (chap. 5.7 pp50 et suivantes)
    Où il est montré que ce serait un marché de niche.
    La solution résiderait donc alors plutôt dans le recyclage.

    Merci pour vos analyses.

  6. Si je puis me permettre, le calcul de France stratégie est stupide. Ils comparent un flux de pétrole avec ce qui va être un stock de batteries, car les batteries une fois sur le territoire seront recyclées dans de nouvelles batteries alors que le pétrole lui continuera d’etre importé.
    Qui plus est, on ne peut pas se payer le luxe de continuer à fonctionner sur le pétrole qui forcément va disparaître au bénéfice de pays comme la chine ou l’asie.
    Par ailleurs, le prix de 150€ le kwh’ n’est pas un prix de revient mais de vente: la batterie de la nouvelle Renault Zoe coûte 8000€ pour une batterie supérieure à 52kwh. Qui plus est, si Renault ne fabrique pas les cellules, il fabrique les batteries finales (assemblage, enveloppe, système de gestion) ce qui est la partie avec le plus de valeur ajoutée.
    Alors construisons les batteries en France, un point c’est tout.

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