Efficacité énergétique des voitures électriques

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Sauter à la navigation Sauter à la recherche

L'efficacité énergétique des voitures électriques est le rapport entre le déplacement effectué par une voiture électrique et l'énergie dépensée pour le réaliser. Cette efficacité énergétique se mesure généralement par l'énergie consommée, exprimée en kWh pour 100 kilomètres parcourus, c'est-à-dire en kWh/100 km.

Consommations[modifier | modifier le code]

La consommation minimale d'une voiture électrique, d'après le département de l'Énergie des États-Unis, est de 16,8 kWh/100 km dans le cas de la BMW i3][1]. Le site allemand heise autos obtient, quant à lui, la valeur minimale de 15,0 kWh/100 km également dans le cas de la BMW i3[2], en accord avec le chiffre moyen retenu par le site dd magazine[3]. Dans une étude de l'université technique de Dresde, la consommation moyenne des véhicules électriques est estimée à 15 kWh/100 km[4]. Enfin, l'Association nucléaire mondiale estime que les consommations des véhicules électriques vont de 13 à 20 kWh/100 km, la moyenne s'établissant autour de 15 kWh/100 km, sans chauffage ni climatisation[5]. La consommation de la Renault ZOE est estimée par heise autos à 14,8−15,7 kWh/100 km[6]. Les valeurs réelles de consommation seraient de 15 à 20 kWh/100 km][7], avec de forts écarts en période de chauffage ou de climatisation et selon le style de conduite[8]. L'association négaWatt fait l'hypothèse d'une consommation moyenne de 18 kWh/100 km[9].

Pour comparaison, le cas extrême d'une voiture électrique minimale est un vélomobile à assistance électrique. Il s'agit d'un tricycle procurant une assise semi-couchée confortable, entièrement entouré d'un carénage aérodynamique. Sa consommation est de 0,7 kWh/100km pour des vitesses réglementaires de l'ordre de 50 km/h[Note 1] (en utilisant le moteur seul, sans les pédales). Pour ce type de véhicule très léger (une trentaine de kilogrammes), la masse de l'ensemble mobile est dominée par celle du conducteur, l'énergie dépensée sert donc principalement à mouvoir celui-ci, plutôt que la masse du véhicule lui-même comme c'est le cas habituellement.

États-Unis[modifier | modifier le code]

Voiture électrique Tesla.

Le tableau suivant compare les classements officiels d'économie de carburant pour les véhicules tout électriques évalués par l'Environmental Protection Agency (EPA) en novembre 2016[10],[11] par rapport aux véhicules hybrides rechargeables à longue distance les plus énergétiquement efficaces (Chevrolet Volt deuxième génération), aux véhicules hybrides essence-électricité (Toyota Prius Eco, quatrième génération)[12],[13],[14] et aux véhicules neufs moyens 2016 de l'EPA, dont la consommation de carburant est de 9,4 L/100 km[10],[12].

Tableau synoptique[modifier | modifier le code]

Consommation d’énergie en kWh/100 km
Véhicule Modèle (année) Cycle combiné Ville Autoroute
Hyundai Ioniq Electric 2017 15,7 14,0 17,5
BMW i3 (60 A,h) 2014/2015/2016 17,2 15,6 19,3
Scion iQ EV 2013 17,7 15,5 20,4
Chevrolet Bolt EV 2017 17,7 16,7 19,0
Chevrolet Spark EV 2014/2015/2016 18,0 16,7 19,6
BMW i3 (94 A,h) 2017 18,1 16,6 20,2
Honda Fit EV 2013/2014 18,1 16,2 20,4
Fiat 500e 2013/2014/2015 18,4 17,5 19,8
Volkswagen e-Golf 2015/2016 18,4 17,0 20,4
Nissan Leaf (24 kWh) 2013/2014/2015/2016 18,7 17,0 21,0
Mitsubishi 2012/2013/2014/2016 19,1 17,0 22,0
Nissan Leaf (30 kWh) 2016 19,1 17,2 21,0
Fiat 500e 2016 19,1 17,7 21,0
Smart electric drive 2013/2014/2015/2016 20,0 17,5 23,0
Kia Soul EV 2015/2016 20,4 18,0 23,0
Ford Focus Electric 2012/2013/2014/2015/2016 20,4 19,0 22,0
Tesla Model S AWD-70D 2015/2016 21,0 21,0 21,0
Tesla Model S AWD-85D 2015/2016 21,0 22,0 20,2
Tesla Model S AWD-90D 2015/2016 21,0 22,0 20,2
Tesla Model S (60 kWh) 2014/2015/2016 22,0 23,0 22,0
Tesla Model S AWD-P85D 2015/2016 23,0 24,0 22,0
Tesla Model S AWD-P90D 2015/2016 23,0 24,0 22,0
Tesla Model X AWD-90D 2016 23,0 24,0 23,0
Tesla Model X AWD-P90D 2016 24,0 24,0 24,0
Tesla Model S (85 kWh) 2012/2013/2014/2015 24,0 24,0 24,0
Mercedes-Benz B-Class Electric Drive 2014/2015/2016 25,0 25,0 26,0
Toyota RAV4 EV 2012/2013/2014 28,0 27,0 29,0
BYD e6 2012/2013/2014/2015/2016 34,0 35,0 33,0

Électricité[modifier | modifier le code]

En France, les émissions de CO2 dues à la production d'électricité ont été, en 2015, de 23,1 Mt pour 546 TWh, soit 0,06 kg(CO2)/kWh[15]. Dans le monde, la moyenne d'émission de la production d'électricité nucléaire s'élèverait à 0,066 kg(CO2)/kWh[16].

Le facteur entre l'énergie primaire et l'énergie finale vaut 2,58 en France (voir Énergie grise#Énergie grise énergétique) (et 1,8 en Allemagne, en raison du fort développement des énergies renouvelables). Le coefficient français de 2,58 est lui une moyenne dominée par des centrales thermiques (nucléaires ou à combustible) dont le rendement avoisine les 30 %. Or, certaines centrales à combustibles fossiles, à cycle combiné, atteignent un rendement de 60 %. Certaines études sur les réacteurs nucléaires de quatrième génération portent sur des variantes à haute température, dont le rendement avoisinerait 50 %[17]. Enfin, le rendement peut encore être amélioré, moyennant des dépenses d'infrastructure, en exploitant la chaleur résiduelle des centrales thermiques au travers de la cogénération. Elle peut notamment alimenter un réseau de chaleur pour chauffer les bâtiments, usage qui permet en outre d'effacer partiellement la consommation des chauffages. La Suisse récupère ainsi la chaleur émise par ses centrales.

Toutefois, à l'échelle mondiale, selon Jean-Marc Jancovici, « dans de très nombreux pays (mais pas en France), l’électrification du parc ne fait que déplacer le problème, puisque l’on a indirectement recours au charbon et au gaz des centrales électriques au lieu d’une utilisation directe de pétrole »[18].

Rendement[modifier | modifier le code]

Efficacité énergétique des voitures thermiques en ville et sur autoroute (document DoE).
Flux d'énergie dans les voitures électriques en ville et sur autoroute (récupération en vert)[Note 2],[19].

Le rendement d'un véhicule électrique est trois à quatre fois celui d'un véhicule thermique, selon RTE[20][source insuffisante], abstraction faite de la production de l'électricité elle-même[21].

En effet, selon Jean-Marc Jancovici, le rendement d'un véhicule électrique à partir de la prise électrique s'élève à environ 50 %, quand on tient compte du chauffage et de la climatisation (les pertes du réseau électrique étant incluses)[22]. Compte tenu du facteur de l'ADEME de 2,58 (voir Énergie grise#Énergie grise énergétique), nous aboutirions effectivement à un rendement d'environ 0,5 / 2,58 soit 19 % par rapport aux sources d'énergie primaires. Le freinage régénératif permet d'augmenter de 17 points ce rendement[23]

D'après le département de l'Énergie des États-Unis (voir schéma ci-contre), le rendement « du réservoir à la roue » des véhicules thermiques se situe entre 15 % (circulation urbaine) et 22 % (circulation sur autoroute), en intégrant la consommation des accessoires. Le rendement du seul moteur varie alors de 21 % en circuit urbain à 27 % sur autoroute[Note 3]. Cependant, ce chiffre est obtenu à partir du carburant, qui n'est pas une énergie primaire, car il a fallu en dépenser pour extraire le pétrole, le transporter, le raffiner et le distribuer. Si, pour tenir compte de ces étapes préliminaires, on applique un coefficient de 1,14[24], on ramène le rendement des véhicules thermiques à 16,6 % en conduite urbaine et 21,9 % sur autoroute. Ce coefficient se dégrade progressivement à mesure que les ressources les plus faciles d'accès s'épuisent, il serait par exemple de 1,3 pour une extraction à partir de schistes bitumineux[25],[26].

Le rapport entre le rendement de 50 % pour la voiture électrique et celui de 21 % pour la voiture thermique en cycle urbain permet à Jean-Marc Jancovici d'affirmer que « la chaîne électrique est 2,5 fois plus efficace que la chaîne thermique ». Le problème de la comparaison des consommations réside dans le fait qu'on compare généralement des véhicules thermiques moyens, voire gros, à de petits véhicules électriques[22]. Ce facteur de 2,5, rapporté au facteur de l'ADEME de 2,58, montre qu'actuellement en France, à véhicule égal, le rendement entre un véhicule électrique et thermique serait approximativement identique. L'ADEME arrive à cette même conclusion que la consommation en énergie primaire des véhicules thermiques et électriques serait approximativement équivalente[27].

Quoi qu'il en soit, l'essor des véhicules électriques répond avant tout aux enjeux climatiques, l'amélioration des rendements étant secondaire. Or, l'objectif est atteint même en présence de rendements faibles, si la source d'énergie primaire est peu ou pas carbonée (nucléaire, hydraulique, solaire, éolien...)[28],[29],[30]. Des rendements élevés permettent d'économiser les ressources, mais substituer d'autres énergies au pétrole dans les transports permettra déjà de préserver ce dernier pour d'autres usages. De plus, la notion de rendement est moins pertinente quand elle concerne des sources renouvelables ou très abondantes[31]. Par ailleurs, le temps que le parc automobile soit renouvelé, le mix électrique sera en partie décarboné[32],[33].

Compte tenu du facteur entre l'énergie primaire et l'énergie finale qui vaut actuellement 2,58 en France (voir Énergie grise#Énergie grise énergétique) (et 1,8 en Allemagne, en raison du fort développement des énergies renouvelables), nous aboutirions à un rendement d'environ 0,5 / 2,58, soit 19 % (28 % en Allemagne), que l'on peut comparer au bilan des voitures thermiques, inférieur à 20 %[34](voir aussi rendement d'un moteur à explosion). Pour cela, il faut que les recharges soient majoritairement lentes, ce qui est le cas puisque 90 % des recharges sont effectuées à domicile ou sur le lieu de travail ; les stations de recharge publiques viennent en complément, pour des utilisations occasionnelles[35]. L'Allemagne entend s'équiper de stations de recharge -rapides[36],[37], ce qui conduirait à l'augmentation, donc à la détérioration du coefficient de 1,8, en raison du recours à des centrales thermiques. Mais même à partir de ressources fossiles (en particulier le gaz, moins carboné, dans les centrales à cycle combiné), le gain de la chaîne électrique peut devenir ultérieurement très important en matière de rendement, et même plus favorable en matière de gaz à effet de serre que l'utilisation directe de carburant dans un véhicule thermique. Au niveau des véhicules électriques eux-mêmes, il serait envisageable de raccorder au réseau domestique les circuits de refroidissement à eau pour la batterie et l'électronique de puissance, dont ils sont souvent équipés. L'énergie dissipée en chaleur lors de la charge réduirait d'autant la consommation d'énergie du chauffage ou de l'eau chaude sanitaire, et on annulerait ainsi les pertes liées à cette étape.[travail inédit ?]

Pour tenir compte du taux d'occupation des moyens de transport, les statisticiens préfèrent exprimer la consommation en kWh/(100 voyageur-kilomètre)[réf. souhaitée]. En 2008, en France, le taux d’occupation moyen des voitures par déplacement était de 1,4 personne[38].

Le site Spritmonitor[39] et l'ADAC[40] allemande proposent un classement des voitures électriques les plus économes, à partir de consommations constatées ou mesurées.

Énergie de freinage[modifier | modifier le code]

Le gain dû à la récupération de l'énergie de freinage est difficile à évaluer car il dépend entièrement du mode d'utilisation des « freins » et du trafic (le gain sera beaucoup plus important dans une agglomération avec un trafic erratique et avec une conduite souple que sur une autoroute fluide).

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Soit une puissance de 350 W, voir Consommation des véhicules électriques.
  2. Pour une énergie fournie de 100, l'énergie « utile » (pertes aérodynamiques, pertes de roulement et pertes de freinage) est estimée à 66 en conduite urbaine et 74 en conduite sur autoroute. Avec récupération (freinage régénératif), l'énergie à fournir n'est plus que de 100-27 = 73 en ville et 100-7 = 93 sur autoroute.
  3. Ce rendement moteur peut atteindre 36 % pour un moteur à essence et 42 % pour un moteur Diesel dans des conditions optimales, c'est-à-dire à charge élevée[21].

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) 2016 Small Cars - Sorting is based on EPA Combined City/Hwy MPG, fueleconomy.gov (département de l'Énergie des États-Unis)
    Sur cette page, la consommation est fournie par ordre croissant. Le premier véhicule indiqué affiche la consommation la plus faible. Le chiffre de 27 kWh/100 miles correspond approximativement à 16,8 kWh/100 km.
  2. (de)Comparaison, sur heise.de
    Dans le tableau en bas de la page, on trouve 18,8 kWh pour 125 km, soit environ 15,0 kWh/100 km par beau temps frais, en plein jour, sans climatisation et sans éclairage.
  3. combien-de-kWh-aux-cent, sur ddmagazine.com
  4. (en) Prospects of Electricity Demand and Demand Side Management Potentials of Residential Customers, Université technique de Dresde, voir diapositive no 9.
  5. (en) Electricity and cars, sur world-nuclear.org, 30 juin 2016 (consulté le 21 août 2016).
  6. (de) Renault Zoe mit 41 kWh-Batterie, sur heise.de, 28 septembre 2016 (consulté le 22 octobre 2016).
  7. (en) Eckard Helmers et Patrick Marx, « Electric cars: technical characteristics and environmental impacts », Environmental Sciences Europe, (ISSN 2190-4715, DOI 10.1186/2190-4715-24-14, consulté le 21 octobre 2019), p. 14

    « We can assume a realistic electricity consumption of 15 to 20 kWh/100 km for urban and extra-urban traffic »

    .
  8. (de) « Verbrauch und Reichweite von Elektroautos », sur sedl.at (consulté le 5 février 2020).
  9. Fermer 17 réacteurs nucléaires: une absurdité?, sur decrypterlenergie.org (site de l'association négaWatt).
    La note 14 du document, qui annonce le chiffre de 18 kWh/100 km.
  10. a et b (en) Environmental Protection Agency et Département de l'Énergie des États-Unis, Model Year 2016 Fuel Economy Guide, Environmental Protection Agency, , 48 p. (lire en ligne [PDF]), p. 27–28 pour les véhicules électriques, p. 30–31 pour les véhicules hybrides rechargeables.
    Le véhiculer moyen en 2016 fournit 25 mpg.
  11. (en) Environmental Protection Agency (EPA) et Département de l'Énergie des États-Unis, « Model Year 2017 Fuel Economy Guide » [PDF], sur fueleconomy.gov, EPA, (consulté le 19 novembre 2016), p. 53.
  12. a et b (en) Environmental Protection Agency (EPA) et Département de l'Énergie des États-Unis, « Fueleconomy.gov Top Ten : Top Fuel Sippers (EPA Ratings, 2019 Model Year) », sur fueleconomy.gov, EPA, (consulté le 6 décembre 2015).
    Sont exclus les véhicules électriques. Dans l'onglet "Top Fuel Sippers (EPA Ratings, All Years)", la Volt de 2016 présente une efficacité énergétique de 77 mpg-e ; la BMW i3 REx, 88 mpg-e et est la plus efficiente des véhicules certifiés par l'EPA de l'année.
  13. (en) Environmental Protection Agency (EPA) et Département de l'Énergie des États-Unis, « Compare Side-by-Side - 2015 Toyota Prius, 2016 Toyota Prius and 2016 Toyota Prius Eco », sur fueleconomy.gov, EPA, (consulté le 18 décembre 2015).
    Le véhicule moyen en 2016 atteint 25 mpg.
  14. Environmental Protection Agency (EPA) et Département de l'Énergie des États-Unis, « 2016 Best and Worst Fuel Economy Vehicles (excluding electric vehicles) », sur fueleconomy.gov, EPA, (consulté le 17 août 2015).
    Voir l'onglet « Cars excl. EVs » : la Prius c est la plus efficace énergétiquement parmi les compactes et la Prius standard parmi les familiales routières (segment D), les deux devançant toutes les autres catégories.
  15. Bilan électrique 2015, RTE, 3 février 2016 [PDF].
  16. (en) sovacool_nuclear_ghg.pdf, Nuclear Information and Resource Service (en) [PDF].
  17. « Cycles nucléaires à haute température (HTR) ».
  18. César Dugast et Alexia Soyeux, Faire sa part ? : Pouvoir et responsabilité des individus, des entreprises et de l'état face à l’urgence climatique, Carbone 4, , 21 p. (lire en ligne [PDF]), p. 12.
  19. (en) « Where the Energy Goes: Electric Cars », sur fueleconomy.gov (consulté le 5 mars 2020).
  20. La transition vers un hydrogène bas carbone : Atouts et enjeux pour le système électrique à l’horizon 2030-2035, RTE, , 68 p. (lire en ligne [PDF]), p. 47.
  21. a et b « Voiture électrique », Électricité et hydrogène, sur connaissancedesenergies.org citant :
    « Les véhicules essence et Diesel », sur IFP Énergies nouvelles (consulté le 27 février 2020).
  22. a et b « La voiture électrique est-elle LA solution aux problèmes de pollution automobile ? », sur le site de Jean-Marc Jancovici, (mis à jour le ).
  23. (en) « Where the Energy Goes: Electric Cars », sur www.fueleconomy.gov, Environmental Protection Agency (consulté le 2 mars 2020).
  24. Bilan énergétique des carburants Ademe, juillet 2006.
  25. « EROEI : Combien d'énergie pour produire de l'énergie ? »
  26. (en) « Energy Return on Investment (EROI) of Oil Shale »
  27. Gingko21 et PE International, Élaboration selon les principes des ACV des bilans énergétiques, des émissions de gaz à effet de serre et des autres impacts environnementaux induits par l'ensemble des filières de véhicules électriques et de véhicules thermiques, VP de segment B (citadine polyvalente) et VUL à l'horizon 2012 et 2020, Ademe, 31 p. (lire en ligne [PDF]) : graphique p. 26 et potentiel d'amélioration des véhicules thermiques p. 27.
  28. Fondation pour la nature et l'homme, European Climate Foundation, Carbone 4, Quelle contribution du véhicule électrique à la transition écologique en France ? : Enjeux environnementaux et perspectives d’intégration des écosystèmes Mobilité et Energie, , 112 p. (lire en ligne [PDF]).
  29. La France amorce le virage vers le VE, Carbone 4, , 20 p. (lire en ligne [PDF]).
  30. (en) Dr. Maarten Messagie, Life Cycle Analysis of the Climate Impact of Electric Vehicles, 14 p. (lire en ligne [PDF]).
  31. (en) Bernard L. Cohen, « Breeder reactors: A renewable energy source » [« Surgénérateurs: une énergie renouvelable »], American Journal of Physics, vol. 1, no 51,‎ , p. 1 (lire en ligne [PDF]).
  32. Cédric Ringenbach, « Faut-il électrifier la mobilité ? », Centrale Énergies — Flash, no 55,‎ (lire en ligne [PDF], consulté le 24 février 2019) :

    « À première vue, les émissions sont du même ordre de grandeur ; le moteur à explosion a un plus mauvais rendement que celui de la centrale thermique, mais le transport de l’électricité coûte également de l’énergie ; admettons que cela s’équilibre. »

  33. (en) Renewable electricity is a must to decarbonise land freight transport, Transport et Environnement, 25 juillet 2017 (consulté le 24 février 2019).
  34. (en) Where the energy goes: Gasoline vehicles sur fueleconomy.gov
  35. « Voitures électriques : les zones blanches du réseau de recharge », Les Échos, 7 avril 2018.
  36. (de) Daimler - stations de recharge rapides, sur auto-service.de
  37. (de) « Europäischer 350 kW-Ladesäulen-Korridor » [« Corridor de stations de recharge de 350 kW »], sur heise.de, 21 octobre 2016.
  38. Commissariat général au développement durable, La mobilité des Français. Panorama issu de l’enquête nationale transports et déplacements 2008, Ministère de l'Écologie (France), décembre 2010 [PDF], p. 13.
  39. « Les véhicules électriques les plus économiques », Spritmonitor (consulté le 27/09/2019).
  40. (de) « Aktuelle Elektroautos im Test: So hoch ist der Stromverbrauch » [« Voitures électriques actuelles : consommations électriques », ADAC, 8 août 2019.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (de) Joanneum Research (en), Geschätzte Treibhausgasemissionen und Primärenergieverbrauch in der Lebenszyklusanalyse von Pkw-basierten Verkehrssystemen [« Estimation des émissions de gaz à effet de serre et de la consommation d'énergie primaire dans l'analyse du cycle de vie des systèmes de transport reposant sur les voitures particulières »], ADAC, , 171 p. (lire en ligne [PDF])