En Europe, les dernières décennies ont vu l’introduction d’une transition énergétique: le remplacement progressif des énergies fossiles par les énergies renouvelables comme source primaire de production énergétique. Comme pour la plupart des pays industrialisés, la transition est alimentée par une prise de conscience accrue de la qualité de vie de notre planète. Vu la forte contribution du trafic routier dans la quantité totale d’émissions de gaz à effet de serre, nombreux sont ceux qui voient la voiture électrique comme l’élément clé de la transition énergétique.
Qu’est-ce qu’une voiture électrique ?
Une voiture électrique est une automobile électrique rechargeable, propulsée par un ou plusieurs moteurs électriques, en utilisant de l’énergie typiquement stockée dans des batteries, elles-mêmes rechargeables.
Les voitures électriques sont une variété de véhicules électriques (EV). Le terme « véhicule électrique » se réfère à tout véhicule qui utilise des moteurs électriques pour la propulsion, tandis que « voiture électrique » se réfère généralement à des voitures alimentées par l’électricité et qui sont capables de rouler sur des autoroutes.
Les véhicules électriques à basse vitesse, appelés « véhicules électriques de quartier » (NEV) aux États-Unis et « quadricycles électriques motorisés » en Europe, sont des microcars ou des citadines avec des limitations de poids, de puissance et de vitesse. Ils sont autorisés à circuler sur les routes publiques et les rues de la ville jusqu’à une certaine limite de vitesse, qui varie selon les pays.
Alors que la source d’alimentation d’une voiture électrique n’est pas explicitement une batterie embarquée, les voitures électriques avec des moteurs alimentés par d’autres sources d’énergie sont généralement désignés par un nom différent.
Une voiture électrique transportant des panneaux solaires pour son alimentation est une « voiture solaire », et une voiture électrique alimentée par un générateur à essence est une « voiture hybride ». Le plus souvent, le terme «voiture électrique» est utilisé pour désigner les véhicules électriques à batteries rechargeables.
Brève histoire de la voiture électrique
Les véhicules électriques (EV) ne sont pas nouveaux. Le premier a été inventé vers 1832 et a précédé l’apparition des voitures à combustion interne. La conception des véhicules et des batteries s’est améliorée en 1881, ce qui a permis aux véhicules électriques de prospérer.
La France et la Grande-Bretagne ont été les premières à voir le développement généralisé des véhicules électriques, à la fin du 19ème siècle. L’Amérique a suivi, avec la première application commerciale à grande échelle, l’ensemble de la flotte de taxi de New York, en 1897.
Au début du siècle, les voitures étaient de plus en plus demandées en Amérique et étaient disponibles en version vapeur, électrique ou essence. Les années 1899 et 1900 ont été le point culminant des voitures électriques en Amérique : elles ont dépassé tous les autres types de voitures.
Les voitures électriques avaient de nombreux avantages par rapport à leurs concurrents au début des années 1900. Elles n’avaient pas la vibration, l’odeur et le bruit associés aux voitures à essence, et il n’était pas nécessaire de changer de vitesse. Les voitures à vapeur n’avaient pas non plus besoin de changement de vitesse, mais elles souffraient de longs temps de démarrage : jusqu’à 45 minutes les matins froids.
L’autonomie limitée des véhicules électriques n’était pas non plus un problème, car les seules bonnes routes étaient concentrées dans les villes (Inventors 2009). La production de véhicules électriques a atteint un sommet en 1912 et ils ont connu du succès jusque dans les années 1920.
Un certain nombre de facteurs ont contribué à leur déclin au cours des années suivantes:
- un réseau routier amélioré a rendu les véhicules à longue portée plus attrayants, tandis que l’invention du démarreur électrique pour les voitures à essence a éliminé le besoin de l’encombrante manivelle;
- du pétrole brut a été découvert au Texas, réduisant le prix de l’essence et le rendant abordable pour un plus grand nombre de consommateurs;
- La production en série de véhicules à combustion interne de Henry Ford a fait baisser le prix de ces voitures de 500 à 1 000 dollars. En revanche, le coût des véhicules électriques a continué à augmenter.
Leur autonomie limitée, l’essence bon marché et la baisse du prix des moteurs à combustion interne ont donc contribué au déclin des véhicules électriques. Dans les années 1930, les voitures électriques avaient pratiquement disparu.
À la fin des années 1960 et au début des années 1970, les préoccupations concernant la pollution de l’air et l’embargo pétrolier de l’OPEP ont suscité un regain d’intérêt pour les voitures électriques chez les consommateurs et les producteurs.
Au début des années 1990, quelques constructeurs automobiles ont repris la production de véhicules électriques, à la suite du mandat ZEV (Zero Emission Vehicle) de la Californie. Le mandat exigeait que 2% des véhicules de la Californie soient des ZEV en 1998 et 10% en 2003. Cependant, les véhicules électriques ont été produits en très faibles volumes et comme le mandat de ZEV s’est affaibli au fil des années, les constructeurs automobiles ont cessé leur production.
La hausse des prix du pétrole, les préoccupations sociétales croissantes et une série de réglementations axées sur le carburant, l’efficacité énergétique et les émissions de CO2 ont incité l’industrie à privilégier les véhicules plus économes en carburant, notamment les voitures électriques (Deutsche bank 2008).
La montée en puissance des véhicules électriques et des systèmes énergétiques décentralisés
La grande popularité des véhicules électriques (VE), en particulier les véhicules électriques rechargeables (PEV) et les véhicules hybrides rechargeables (PHEV), ces dernières années est le résultat d’une préoccupation accrue pour le changement climatique et les progrès de la technologie des batteries.
Dans un bon nombre de pays européen, le nombre de véhicules électriques a plus que doublé en un peu moins d’un an. Cette tendance devrait se poursuivre dans le monde entier, la technologie des batteries faisant baisser les prix des véhicules électriques, ce qui accroît l’attrait de la conduite électrique.
Par exemple, le très attendu Tesla Model 3, prévu pour l’automne 2017, avait été réservé près de 400 000 fois en deux semaines dans le monde. Outre l’utilisation accrue des VE, une autre tendance liée à la transition énergétique est l’augmentation de la production d’énergie décentralisée.
Les gouvernements locaux et centraux essaient d’encourager les propriétaires de maisons et d’entreprises à investir dans la production d’énergie décentralisée durable. En conséquence, la transition énergétique n’implique pas seulement le remplacement des énergies fossiles par des sources d’énergie renouvelables, mais aussi le passage d’un système central à un système décentralisé.
Secteur des transports : l’un des plus gros émetteurs de gaz à effet de serre
Les transports constitue l’un des secteurs qui contribuent le plus au changement climatique. Le secteur des transports représente 23% des émissions mondiales de gaz à effet de serre (GES) liées à l’énergie (AIE, 2016c). Le rapport de l’agence internationale de l’énergie (AIE) note en outre qu’une réduction ambitieuse des émissions de GES pour limiter le changement climatique est peu susceptible d’être réalisée sans une contribution majeure du secteur des transports.
En 2014, seulement 3,9% de la consommation d’énergie finale du secteur des transports provenait des énergies renouvelables. Cependant, ce pourcentage est plus élevé dans les pays de l’OCDE avec 10,2% dans le secteur des transports (AIE, 2016b). Le faible pourcentage dans le secteur des transports est lié au fait que la majorité de tous les véhicules dans le monde se concentrent actuellement sur les combustibles fossiles.
Les véhicules électriques : la solution pour réduire les émissions du secteur des transports
Les voitures électriques peuvent aider à réduire les émissions de CO2 du secteur des transports, à condition que deux conditions soient remplies:
- Premièrement, elles doivent être plus efficientes sur le plan énergétique que les véhicules conventionnels ;
- Deuxièmement, l’électricité pour alimenter les voitures doit provenir de sources renouvelables.
L’émergence des EV ouvre de nombreuses opportunités pour rendre le secteur des transports plus durable. De nos jours, il devient de plus en plus attrayant de conduire une voiture électrique. Le transport électrique réduit la consommation d’énergie finale de plus d’un facteur trois, par rapport aux véhicules à essence.
Les véhicules à batterie entièrement électriques peuvent atteindre une efficacité quatre fois supérieure à celle d’un véhicule à moteur à combustion interne, ce qui constitue une amélioration considérable. L’utilisation d’un BEV (véhicule à batterie entièrement électrique) sur un cycle de vie complet entraîne une réduction d’environ 35% des émissions de CO2 par rapport à une voiture à combustion normale.
De plus, ces bénéfices de CO2 augmenteront à l’avenir, car la part des énergies renouvelables dans la production d’électricité devrait augmenter. Les avantages en termes de réduction des émissions de CO2 des EV augmentent encore lorsqu’ils sont utilisés dans les zones urbaines. En comparaison, une voiture à combustion interne devient normalement encore plus polluante.
Pour les véhicules hybrides rechargeables (PHEV), le comportement de la charge a une grande influence sur les émissions de CO2, ce qui rend leur durabilité incertaine. À travers l’analyse des données, il a été constaté que, en cas de recharge d’un VHR deux fois par jour, les émissions de CO2 étaient comparables à celles d’un BEV. Cependant, si un PHEV est beaucoup moins chargé en électricité, il utilise plus de combustibles fossiles, et les émissions de CO2 sur l’ensemble de son cycle de vie pourraient dépasser celles d’une voiture à combustion normale.
Cependant, ce n’est que lorsque les VE sont couplés à une production électrique décarbonée que leurs avantages environnementaux sont pleinement exploités. La part de l’électricité produite à partir d’énergies renouvelables ne représente toujours que 23% dans les pays de l’OCDE. D’ici le milieu du siècle, le secteur de l’électricité en particulier devra être presque complètement décarboné pour atteindre les objectifs de durabilité.
Étant donné que les véhicules électriques sont beaucoup moins polluants que les véhicules à combustion thermique, les parts faibles montrent le potentiel, d’où la nécessité de verdir le réseau énergétique pour exploiter davantage les avantages environnementaux des véhicules électriques.
L’impact des véhicules électriques sur le secteur de l’énergie
L’électricité supplémentaire nécessaire pour alimenter les véhicules électriques devra être améliorée grâce à une capacité de production accrue et à de nouvelles approches de gestion du réseau. Tout cela aura un impact sur les décisions concernant les investissements futurs dans le secteur de l’énergie.
Même si le réseau dispose de la capacité et de l’infrastructure de base nécessaires pour répondre aux besoins des voitures électriques, les nouveaux modèles de demande qu’ils engendreront pourraient signifier une plus grande utilisation du charbon et de l’énergie nucléaire.
Il existe des preuves convaincantes que les voitures électriques offrent une bonne occasion de stocker des sources d’énergie renouvelables intermittentes, telles que l’énergie éolienne. Cependant, il n’y a aucune preuve solide que les batteries de voiture seront des outils attrayants pour assurer la transmission de véhicule à réseau (V2G). Les preuves suggèrent que d’autres technologies sont moins chères et meilleures à cet égard.
Les voitures électriques conduiront à une plus grande consommation d’électricité, ce qui aura plusieurs impacts sur le secteur de l’électricité.
Comment adapter la capacité de production à l’accroissement du nombre de véhicules électriques ?
Selon Eurelectric (2009), une évolution complète vers les véhicules électriques augmenterait de 15% la consommation d’électricité dans l’UE. De même, un rapport d’ERTRAC (2009) calcule qu’un million de véhicules électriques parcourant en moyenne 10 000 km par an nécessiteraient environ 1 TWh d’énergie, une fraction mineure de la production annuelle d’électricité d’un État membre de l’UE. Par exemple, pour l’Allemagne, ce taux serait inférieur à un pour cent.
Le rapport du ministère britannique des Transports (2008) indique que le Royaume-Uni a «une capacité de production suffisante pour faire face à l’adoption, en supposant que la tarification est gérée et ciblée sur les périodes creuses où il y a actuellement une capacité excédentaire».
Il suggère que cela pourrait être réalisé grâce à des tarifs variables. (DfT 2008). Toutefois, si les propriétaires commencent à charger leurs véhicules aux heures de pointe, il faudra peut-être investir considérablement dans la capacité du réseau local (ibid., 42).
Aux États-Unis, une étude du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) a conclu que le réseau américain pourrait supporter 94 millions de véhicules électriques (43% des voitures en circulation), s’ils sont facturés en soirée seulement, ou 158 millions de véhicules (73 %), si la charge est répartie de manière optimale sur une période de 24 heures (Kromer et Heywood 2007, p83).
Selon le scénario bleu EV Success de l’AIE (2008, p425), la demande totale d’électricité pour le transport atteindrait 20% de la demande mondiale totale d’électricité, nécessitant plus de 2 000 GW de capacité supplémentaire. Dans les premiers temps des ventes de véhicules hybrides rechargeables et de véhicules électriques, une grande partie de la demande peut impliquer une recharge de nuit en utilisant la capacité existante.
Au fur et à mesure de la croissance du stock de véhicules, et en particulier de l’émergence d’une technologie de recharge rapide, d’importantes charges de jour se produiront, ce qui augmentera probablement la demande de pointe dans la plupart des régions.
Les tendances de la demande, déterminées par le nombre de véhicules électriques et par les modèles de charge, détermineront la gestion du réseau. On suppose que la tarification pourrait être gérée grâce à des mesures intelligentes et à des incitations financières, ce qu’on appelle la tarification intelligente.
Mesures fiscales pour accompagner le développement des véhicules électriques
Il est également possible de mettre en place des mesures fiscales, une fois que les véhicules électriques seront devenus plus courants, afin de remplacer l’insuffisance des recettes provenant des taxes sur les carburants.
Les véhicules électriques peuvent également servir d’installations de stockage pour les sources d’énergie renouvelables intermittentes; cela pourrait être soutenu par des incitations financières aux consommateurs par les gestionnaires de réseau et les compagnies d’électricité.
Cependant, la recharge intelligente est une condition préalable à la gestion du réseau électrique pour les voitures électriques, à mesure que de nouvelles sources d’énergie renouvelable sont introduites (les voitures devraient pouvoir charger, lorsque les sources d’énergie renouvelables sont abondantes).
De cette manière, les synergies potentielles entre les charges et les énergies renouvelables intermittentes pourraient permettre une plus grande pénétration de ces ressources sur le marché (Kromer et Heywood 2007, p77).
Il a également été suggéré que des batteries de voiture électrique puissent être utilisées pour alimenter des marchés électriques spécifiques: l’énergie de véhicule à réseau (V2G). Une étude de Kemptom et Tomić (2004) a établi que le marché de l’énergie et le parc de véhicules sont complémentaires de manière à ce que les forces et les faiblesses puissent être réconciliées entre les conducteurs et les gestionnaires de réseau.
Le V2G pourrait potentiellement fournir un stockage pour la production d’énergie renouvelable, par exemple par l’énergie éolienne. Cependant, il y a beaucoup de scepticisme quant à savoir si les batteries pourraient remplir cette fonction de stockage d’une manière utile, en raison du nombre limité de cycles de recharge.
La transition énergétique voulue par l’ensemble des pays de la planète ne saurait être possible sans le secteur des transports qui constitue à bien des égards l’un des plus gros émetteurs de gaz à effet de serre. A ce titre, la voiture électrique constitue l’une des figures de proues de la lutte contre le changement climatique. Alimenté par des énergies renouvelables, la voiture électriques permettra une réduction significative des émissions de gaz à effets de serre et permettra de limiter le réchauffement global. Une adaptation de la production électrique et des réseaux électriques est cependant nécessaire pour réussir cette transition. De même, des mesures fiscales devront être mises en place pour inciter les utilisateurs à adopter la voiture électrique et à l’utiliser de la façon la plus efficiente. Certes, la voiture électrique ne pourra pas, à elle seule, suffire pour atteindre tous les objectifs de la transition énergétique, mais sa contribution est loin d’être négligeable.