Le véhicule électrique permet-il de réduire les émissions de CO2 ?

Un fort développement du véhicule électrique est envisagé par les pouvoirs publics français dans les prochaines années. La loi relative à la transition énergétique pour une croissance verte prévoit l’installation de sept millions de bornes de recharge d’ici 2030. En octobre 2016, au salon de l'automobile à Paris, Ségolène Royal annonçait un objectif d'un million de bornes en 3 ans, avec de nouvelles aides financières à la clé.
L’attrait pour ce type de véhicule s’inscrit dans un objectif de lutte contre le bouleversement climatique, car il est considéré comme peu émetteur de CO2. Mais qu’en est-il réellement ? Quelles sont les émissions de gaz à effet de serre des véhicules électriques ? Justifient-elles le fort développement envisagé ?

Un fort développement du véhicule électrique est envisagé par les pouvoirs publics français dans les prochaines années. La loi relative à la transition énergétique pour une croissance verte prévoit l’installation de sept millions de bornes de recharge d’ici 2030. En octobre 2016, au salon de l'automobile à Paris, Ségolène Royal annonçait un objectif d'un million de bornes en 3 ans, avec de nouvelles aides financières à la clé.
L’attrait pour ce type de véhicule s’inscrit dans un objectif de lutte contre le bouleversement climatique, car il est considéré comme peu émetteur de CO2. Mais qu’en est-il réellement ? Quelles sont les émissions de gaz à effet de serre des véhicules électriques ? Justifient-elles le fort développement envisagé ?

Pour mesurer l’impact sur les émissions de CO2 d’un déploiement du véhicule électrique, il est nécessaire d’analyser son cycle de vie complet, depuis sa fabrication jusqu’à sa fin de vie, en incluant toute sa période d’utilisation. Au cours de l’usage, les émissions de CO2 générées dépendront des moyens de production d’électricité mobilisés par le rechargement des batteries, de la performance intrinsèque du véhicule (sa consommation) et du rendement du chargeur.

En France, un parc de quelques centaines de milliers ou d’un million de véhicules électriques pourrait être alimenté par les moyens de production d’électricité actuels. Mais le déploiement de plusieurs millions de véhicules électriques nécessiterait la mise en place de nouveaux moyens de production. Au vu des politiques publiques menées actuellement, le développement des énergies renouvelables ne suffirait pas à répondre à cette hausse de la demande, et des énergies fossiles seraient nécessaires en complément. Rien ne permet donc d’affirmer aujourd’hui qu’un déploiement massif du véhicule électrique permettrait une réduction notable des émissions de CO2.

Seule une politique ambitieuse de réduction de la consommation d’électricité et de soutien aux énergies décarbonées permettrait d’envisager des véhicules électriques relativement sobres en carbone, sans qu’ils soient totalement vertueux : la fabrication des batteries entraîne en effet d’inévitables et non négligeables émissions de gaz à effet de serre.

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Pour estimer l’impact sur les émissions de CO2 du véhicule électrique, il convient au préalable de mesurer celui de son déploiement sur la production d’électricité, à la fois en terme de puissance instantanée et d’énergie consommée. Il est également nécessaire de connaître l’efficacité énergétique du véhicule, c’est à dire sa consommation unitaire, et le rendement du chargeur qui relie le véhicule à la prise de courant, paramètre souvent négligé.

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Le contenu en CO2 du kWh électrique consommé par un véhicule alimenté en France dépendra du mix énergétique en fonctionnement lorsque le véhicule sera branché, au niveau français mais plus largement au niveau européen. Les émissions marginales seront bien évidemment à regarder de près, notamment lors des pointes de consommation (voir plus bas).

Quel impact sur l’appel de puissance électrique ?

Des recharges lentes en majorité…

La recharge d’un véhicule électrique peut se faire de façon lente (de 6 à 10 heures), semi-rapide ou rapide (1 heure voire moins, certains annonçant une recharge en quelques minutes1). Les recharges lentes présentent l’avantage d’une puissance électrique unitaire relativement faible, de l’ordre de quelques kilowatts. À contrario, les recharges rapides ou très rapides affichent des puissances appelées de plusieurs dizaines de kW (les bornes du constructeur Tesla peuvent aller jusqu’à 120 kW). La puissance électrique appelée sur le réseau par un parc de véhicules électriques sera donc très sensible aux types de recharges utilisés. Des puissances appelées élevées ne sont d’ailleurs pas sans conséquence pour le gestionnaire du réseau de distribution, puisqu’elles peuvent entraîner des problèmes de congestion.

Pour des raisons de coût et de bonne exploitation des capacités des réseaux (sans besoin de renforcement), la grande majorité des recharges devrait se faire en charge lente. L’étude d’impact de la Loi relative à la transition énergétique pour une croissance verte (LTECV), votée en juillet 2015, précise qu’au moins 90 % des charges se feront de façon lente, avec pour principe : « une prise de recharge principale pour un véhicule »2. C’est ce constat qu’établit également le Livre Vert sur les infrastructures de recharge ouvertes au public pour les véhicules « décarbonés », réalisé par Louis Nègre et publié en avril 2011. Cet ouvrage3 montre que plus de 90 % des bornes seront consacrées aux recharges principales, en charge lente, et que moins de 10 % des bornes seront dédiées aux recharges secondaires4.

… mais un appel de puissance néanmoins conséquent

« Afin de permettre l’accès du plus grand nombre aux points de charge de tous types de véhicules électriques et hybrides rechargeables, la France se fixe comme objectif l’installation, d’ici à 2030, d’au moins sept millions de points de charge installés  »5. Le texte de la LTECV prévoyant par ailleurs que 90 % des bornes seront consacrées aux rechargements principaux des véhicules électriques, on peut raisonnablement penser que ces 7 millions de bornes pourraient alimenter un parc de plus de 6 millions de véhicules électriques (VE) et véhicules hybrides rechargeables (VHR). En fin de journée, en rentrant chez eux ou à leur lieu de travail, les utilisateurs ajouteraient alors à leurs consommations habituelles les besoins de recharge de leur véhicule, augmentant la puissance électrique appelée sur le réseau.

Bien que peu déployés actuellement sur les bornes électriques, des systèmes d’asservissement, par signal tarifaire (comme c’est le cas aujourd’hui pour la majorité des chauffe-eaux électriques installés, avec un déclenchement automatique pendant les heures creuses) ou par « batterie intelligente », permettront de reporter une partie de cet appel de puissance au cours de la nuit quand la contrainte sera moins forte, ou au milieu de la journée quand la production photovoltaïque pourrait être importante.

Trois scénarios sont proposés dans le graphique suivant :
–    le premier couple 60 % de recharge « au fil de l’eau » et 40 % de signal tarifaire,
–    le deuxième comprend 30 % de recharge au fil de l’eau, 60 % de signal tarifaire et 10 % de « batteries intelligentes »,
–    le troisième, issu du Livre Vert, envisage des recharges plus nombreuses en milieu de journée.

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Scénario 1 = scénario bâti selon les hypothèses du BP 2014 de RTE, hors scénario nouveau mix
Scénario 2 = scénario bâti selon les hypothèses du scénario « Nouveau mix » de RTE, BP 2014
Scénario 3 = scénario bâti selon les hypothèses du Livre Vert
Figure 1 : Puissance appelée sur le réseau électrique par un parc de 6,5 millions de VE+VHR

Dans l’idéal, il faudrait que tout véhicule électrique puisse être branché systématiquement lorsqu’il est inutilisé, afin de favoriser les recharges dites « intelligentes » : recharger par exemple le véhicule lorsque la production photovoltaïque est importante.

Ici, quel que soit le scénario observé, la tendance de fond est la même : les recharges de véhicules (supposées lentes en majorité, cf. argumentaire précédent) se font principalement en soirée et la nuit dans les bureaux ou dans les logements, après le retour des utilisateurs. Quelle que soit l’hypothèse retenue, un parc de plus de 6 millions de véhicules électriques ou hybrides rechargeables engendrerait donc, dans ces conditions, un appel de puissance de plusieurs gigawatts (GW) lors de la « pointe de 19 h », moment où le réseau présente déjà une certaine fragilité. Couplé à une vague de froid importante en hiver, un tel développement de ces véhicules pourrait occasionner des difficultés de gestion du réseau d’une France particulièrement thermosensible.

Quels impacts sur la production d’électricité ?

Pointe électrique et variations saisonnières

Il est souvent fait état de la spécificité française liée à l’importance du chauffage électrique6, qui entraîne en hiver une pointe de consommation lors des périodes de froid, généralement en semaine et en fin de journée. Mais, en hiver, la problématique peut davantage être liée au niveau moyen de consommation journalière plus élevé qu’à l’accoutumée, qu’à la pointe intra-journalière de 19 h. Autrement dit, le niveau élevé de consommation moyenne lors des périodes froides peut poser plus d’inquiétudes au gestionnaire de réseau que le seul traitement de la pointe de 19 h.
La figure suivante illustre ce constat : l’écart de puissance appelée est plus important entre une période froide et une période douce (30 GW) qu’au cours d’une même journée en période froide (15 GW). «  La vague de froid a conduit à des consommations élevées, non seulement à la pointe du soir mais également en journée et durant la nuit. Ainsi, le creux de nuit du 8 février est au même niveau que le plateau de la matinée du 1er février, et bien supérieur à la pointe du 25 janvier », rapporte RTE7.

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Figure 2 : Puissance appelée avant et pendant la vague de froid de février 2012 (Source : RTE)

Si la répartition de la courbe de charge en fonction des heures de la journée est un paramètre à prendre en compte, il n’a finalement que peu d’importance au regard de la problématique plus globale de la consommation d’électricité supplémentaire engendrée par la recharge des véhicules électriques en hiver. Pendant la saison froide, c’est au moment où le développement considérable du chauffage électrique aura déjà engendré une forte hausse de la demande d’électricité que ces véhicules seront le plus consommateurs d’énergie.

Dès lors, la réflexion ne doit pas être seulement focalisée sur la réponse à la pointe de consommation d’électricité de 19 h, mais doit porter plus globalement sur les moyens de production nécessaires pour répondre à une nouvelle demande de plusieurs GW, notamment en hiver.

Sources d’énergie mobilisées

En hiver, l’intégralité des moyens de production d’électricité est mise à contribution. Les pointes intra-journalières sont satisfaites grâce à la mobilisation de moyens de production facilement pilotables, soit fossiles, soit renouvelables : principalement turbinage de lacs et stations de transfert d’énergie par pompage (STEP). En dehors de ces pointes, l’ensemble des moyens de production de base (nucléaire, hydraulique au fil de l’eau, éolien) reste mobilisé. Au cours des derniers hivers, entre 19 h et 5 h du matin (période où le rechargement des véhicules électriques est envisagé, cf. figure 1), la consommation est déjà supérieure à la production fournie par le nucléaire, l’hydraulique (tous modes confondus) et l’éolien pendant plus de 50 % du temps8. Lorsque ces situations se présentent, le complément est apporté par les centrales utilisant des combustibles fossiles ou par des importations d’électricité.

Certes, la montée en puissance de l’éolien permet d’améliorer chaque année la situation. Mais, même en supposant une multiplication par deux du parc installé en 2015, c’est encore en moyenne près de 35 % du temps où, entre 19 h et 5 h au cours des trois derniers hivers, la consommation aurait été supérieure à la production cumulée des moyens de production cités9.

En l’absence d’une réduction de la consommation actuelle d’électricité et/ou d’un fort développement des énergies renouvelables, l’arrivée d’une consommation supplémentaire significative en soirée et la nuit ne peut donc se faire sans solliciter davantage de moyens de production d’électricité à partir d’énergies fossiles10.

Cette réflexion doit porter également sur le long terme, en analysant d’une part l’évolution possible de la consommation d’électricité, et d’autre part les capacités de production des différents moyens à notre disposition.

Depuis quelques années, la tendance n’est plus à une hausse continue de la consommation d’électricité11. Néanmoins, et les différents scénarios établis par RTE le montrent12, la tendance n’est pas non plus à une forte diminution, même si depuis plusieurs années chaque nouvel exercice de RTE révise à la baisse les prévisions de consommation.

Du côté de la production, tous les scénarios conformes aux différents objectifs exprimés dans le titre I de la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte prévoient dans les prochaines années une diminution de la puissance nucléaire installée, donc une diminution de la production d’électricité à partir du parc nucléaire. Le plafonnement de la capacité nucléaire installée inscrit dans la loi13, couplé aux difficultés liées au renouvellement du parc nucléaire existant, rappelle aussi que le nucléaire ne pourra fournir davantage d’électricité dans les prochaines années.
Enfin, l’objectif d’une part maximale de 50 % de nucléaire dans la production d’électricité (également inscrit dans la loi) entraînera nécessairement une réduction du nombre de TWh d’origine nucléaire.

Ces constats conduisent aux conclusions suivantes : dans un contexte de faible baisse ou de relative stabilisation de la consommation d’électricité, l’installation de nouveaux moyens de production – à partir de sources renouvelables ou fossiles – serait nécessaire si un parc de plusieurs millions de véhicules électriques devait être alimenté à l’horizon 2030. Même si une partie seulement des nouveaux besoins était assurée par des énergies fossiles, les émissions de CO2 engendrées seraient significatives, les centrales thermiques utilisées ayant des émissions de CO2 particulièrement élevées (de 350 à 600 g CO2/kWh pour une centrale à gaz, près de 1 000 g pour une centrale à charbon14).

Quelles sont les émissions de CO2 du véhicule électrique ?

L’approche la plus satisfaisante pour répondre à cette question consiste à étudier le bilan énergétique sur le cycle de vie complet du véhicule, de la fabrication à la fin de vie (« du berceau à la tombe »).

L’ADEME a publié en décembre 2013 une analyse du cycle de vie comparant véhicule électrique et véhicule thermique15. Dans son scénario de référence, pour le mix électrique français de 2008, les résultats en matière d’émission de gaz à effet de serre (GES) de ces véhicules sont résumés dans le tableau ci-dessous.

Émissions de GES (gCO2-eq/km) Véhicule électrique Véhicule diesel Véhicule à essence
Phase de fabrication et de fin de vie du véhicule 43 25  25
Phase d’utilisation (recharge de la batterie ou carburant)16 15 122 159
TOTAL 58 147 184
Tableau 1 : Émissions de gaz à effet de serre sur le cycle de vie de véhicules électriques et  thermiques, avec le mix électrique français de l’année 2008 (Source : ADEME15)

Batterie et utilisation du véhicule électrique

La fabrication de la batterie, très énergivore, entraîne des émissions de GES importantes (voir tableau 1), ce qui pénalise le bilan environnemental du véhicule électrique. Les batteries ayant des durées de vie limitées dans le temps, que le véhicule soit utilisé ou non, le volume total d’émissions de GES par kilomètre parcouru sera d’autant plus élevé que le véhicule sera peu utilisé. Pour afficher le meilleur bilan possible, l’usage intensif de chaque véhicule électrique devra être favorisé, ce qui pourra notamment être rendu possible par le partage du véhicule entre plusieurs utilisateurs.

Si le résultat du tableau 1 semble sans appel, il masque une limite de l’étude : pour le véhicule électrique, le calcul est fait à partir d’un facteur moyen d’émission de 110g CO2/kWh produit ; or ce facteur est le résultat d’une analyse basée sur une méthode d’allocation et non une méthode marginale17. Pour mieux appréhender les impacts à venir des politiques publiques, et donc dans ce cas précis pour avoir une idée plus précise de l’impact de l’apparition de plusieurs millions de véhicules électriques sur nos routes, il est indispensable d’utiliser une méthode marginale17, qui prend en compte les futures évolutions de consommation et de production d’électricité.

Selon cette approche, le contenu moyen en CO2 du kWh alimentant les véhicules électriques serait amplement supérieur à 110g CO2/kWh, si une recharge « bas carbone » n’est pas favorisée. Dans une note réalisée par RTE et l’ADEME en 200718, pour les usages dits « de base » (les moins émetteurs de CO2), ce contenu est évalué à 500g CO2/kWh, pouvant évoluer vers 400g en 2020 ; soit quatre fois plus que le contenu moyen pris en compte dans l’étude ACV résumée dans le tableau précédent.

Il est aujourd’hui impossible de déterminer très précisément le contenu en CO2 du kWh à l’horizon 2020 ou 2030. Mais puisque les véhicules électriques devraient être, au vu des politiques publiques suivies actuellement, en grande partie alimentés à partir d’énergies fossiles, il est raisonnable d’opter pour une valeur plus proche des 400 g que des 110 g. En restant prudent, nous pouvons considérer qu’elle sera comprise entre 200 g (valeur a priori sous-évaluée) et 400 g (certainement plus proche de la réalité).

De son côté, le véhicule thermique va lui aussi évoluer dans les prochaines années. De nombreux industriels, soutenus par l’État, imaginent « la voiture pour tous consommant moins de 2 litres aux 100 km »19. L’ambition est de permettre la commercialisation de ce type de véhicule à l’horizon 2020. Plus prudente, l’ADEME envisage une consommation comprise pour 100 kilomètres entre 3,2 litres pour les véhicules diesel et 4,5 litres pour les véhicules à essence.

En se basant sur ces différentes données, les émissions de GES des véhicules à moteur thermique ou électrique à l’horizon 2020, sont comparées dans le tableau suivant.

Émissions de GES (gCO2-eq/km) Véhicule électrique Véhicule diesel Véhicule à essence
Phase de fabrication et de fin de vie du véhicule 42 30  29
Phase d’utilisation20 (recharge de la batterie ou carburant) 29 à 59 53 à 85 48 à 107
TOTAL 71 à 101 83 à 115
77 à 136
Tableau 2 : Comparaison des émissions de gaz à effet de serre de véhicule à moteur électrique ou thermique à l’horizon 2020 avec utilisation de l’approche marginale – Source : calculs internes, à partir des données détaillées ci-dessus

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Figure 3 : Comparaison des émissions de gaz à effet de serre de véhicules à moteur électrique ou thermique avec utilisation de l’approche marginale – Source : tableau 2 ci-dessus

Ces résultats sont à prendre avec précaution, car ils sont en grande partie déterminés par le mix électrique de demain, mais ils invitent à la réflexion suivante : en l’absence d’une forte politique de réduction des consommations d’électricité et de développement des énergies renouvelables, le déploiement du véhicule électrique n’entraîne pas nécessairement une réduction des émissions de gaz à effet de serre du secteur des transports. Des politiques publiques vertueuses peuvent au contraire permettre au véhicule électrique d’afficher un bilan d’émissions de GES bien meilleur que son homologue thermique.

Compte-tenu des politiques publiques menées actuellement, il est incorrect d’annoncer que le véhicule électrique permet une réduction notable des émissions de gaz à effet de serre. Pour atteindre cet objectif, il est impératif de mettre en place une politique volontariste et ambitieuse de réduction de la consommation d’électricité et de développement des énergies renouvelables électriques. Sans cela, l’introduction massive de véhicules électriques risque d’entrainer une augmentation des consommations d’énergies fossiles, donc des émissions de gaz à effet de serre. Un véhicule thermique à très faible consommation (2 l/100 km) pourrait émettre moins de CO2 qu’un véhicule électrique alimenté partiellement par de l’électricité issue d’énergies fossiles. À contrario, un véhicule électrique alimenté par des énergies renouvelables serait moins émetteur de CO2 qu’un véhicule thermique vendu actuellement sur le marché.

Le scénario négaWatt 2011-2050 propose un usage modéré du véhicule électrique. Il privilégie son utilisation comme moyen de transport en milieu urbain, permettant de diminuer les nuisances sonores et les émissions de polluants locaux, améliorant ainsi la qualité de l’air.

En milieu péri-urbain ou rural, d’autres solutions sont envisagées pour assurer la mobilité individuelle des personnes et des marchandises, notamment l’utilisation de véhicules fonctionnant au gaz naturel d’origine renouvelable, produit à partir de déchets agricoles (méthanisation) ou d’excédents d’électricité renouvelable (méthanation).

  1. www.teslamotors.com/fr_FR/supercharger
  2. Projet de loi relatif à la transition énergétique pour la croissance verte, Étude d’impact, 29 juillet 2014, page 49.
  3. Livre Vert sur les infrastructures de recharge ouvertes au public pour les véhicules « décarbonés », Louis Nègre, avril 2011, page 37.
  4. Les besoins de charge secondaires correspondent à des besoins d’appoint pour accroitre la flexibilité d’usage du véhicule (cas du véhicule électrique) durant la journée ou la part de km roulés en électrique de façon à améliorer le bilan économique du véhicule (cas des véhicules hybrides rechargeables).
  5. Loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte, article 41, Journal officiel, 17 août 2015.
  6. Dans les autres pays européens, le chauffage électrique est uniquement utilisé en appoint. Selon RTE, la thermosensibilité française représente à elle seule près de la moitié de la thermosensibilité européenne (Bilan Prévisionnel 2015, RTE, page 44).
  7. Bilan électrique 2012, RTE, page 11.
  8. Moyenne sur les trois derniers hivers basé sur des résultats obtenus à partir des données de production RTE.
  9. Résultat obtenus à partir des données de production RTE.
  10. Ou en sollicitant davantage d’importations d’électricité, pouvant elles aussi être issues d’énergies fossiles.
  11. Pour en savoir plus sur les évolutions passées et possibles de la consommation française d’électricité, lire l’article Nos consommations d’électricité domestique vont-elles croître inexorablement ?
  12. Bilan prévisionnel 2015 et 2016, RTE.
  13. Loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte, article 187 – Journal officiel, 17 août 2015.
  14. www.rte-france.com/fr/eco2mix/eco2mix-co2
  15. Élaboration selon le principe 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 et VUL à l’horizon 2012 et 2030, ADEME, décembre 2013.
  16. Pour la phase d’usage, une distance de 150 000 km est prise en compte.
  17. Pour en savoir plus sur les différentes méthodes de calcul du contenu en CO2 du kWh électrique, lire l’article Quel est le contenu en CO2 du kWh électrique ?
  18. Le contenu en CO2 du kWh électrique :
 avantages comparés du contenu marginal et du contenu par usages sur la base de l’historique, RTE/ADEME, octobre 2007.
  19. La Nouvelle France Industrielle, ministère du Redressement productif, septembre 2013.
  20. Pour le véhicule électrique, le facteur d’émission du kWh électrique est supposé compris entre 200 et 400g CO2/kWh ; pour le véhicule diesel, sa consommation est supposée comprise entre 2 et 3,2 l/100 km ; pour le véhicule à essence, entre 2 et 4,5 l/100 km.