Véhicule propre

Un véhicule propre est un véhicule produisant peu ou pas d’émission polluante par personne ou par unité de charge transportée, lorsque le véhicule est stationnaire ou en mouvement.

Sommaire 1 Controverse sur le « transport propre » 2 Transport terrestre avancé 3 Historique 4 Problématique autour des véhicules propres 4.1 Pollution et effet de serre 4.2 Véhicules propres et mobilité 4.3 Véhicule propre et filière énergétique 5 Les carburants 5.1 Les agrocarburants 5.2 Le GPL 5.3 Le GNV 5.3.1 Caractéristiques du GNV dans les transports 5.3.2 Avantages et inconvénients techniques 6 La voiture à azote 6.1 Comment ça marche ? 6.2 Quel avenir ? 7 L'air comprimé 8 Véhicules électriques 9 Les véhicules hybrides 10 Les véhicules utilisant l'hydrogène 10.1 Hydrogène comme carburant 10.2 Hydrogène et pile à combustible 10.3 Bilan écologique de l'hydrogène 10.4 Les politiques énergétiques innovantes 10.5 Une économie de l'hydrogène 10.6 Critique 11 Avantages fiscaux 11.1 France 12 Notes et références 13 Annexes 13.1 Articles connexes 13.2 Liens externes

Controverse sur le « transport propre »

La notion même de véhicule propre est contestée, car :

• hormis certains véhicules à traction animale, humaine (vélo et skate principalement) ou humaine assistée (vélo à assistance électrique), les véhicules émettent tous des polluants non biodégradables et/ou des gaz à effet de serre (principalement le dioxyde de carbone). Leur usure et fonctionnement sont sources de pertes de fluides (liquides de freins, frigorigènes, huiles lourdes), de particules (suies, métaux, usure des pneus, micro ou nanoparticules perdues par les pots catalytiques…), hydrocarbures, monoxyde de carbone et NO_x, etc.
• les batteries posent toujours de sérieux problèmes de recyclabilité, et la filière énergétique qui alimenterait une vaste flotte électrique peut demeurer polluante ou dangereuse.
• la fabrication du véhicule lui-même emploie des ressources. Par exemple, le fer des carrosseries et du moteur nécessite une industrie sidérurgique lourde, qui reste parmi les premiers responsables des émissions de CO₂. L’aluminium, les céramiques ou la fibre de carbone sont très consommateur d’énergie, les plastiques proviennent essentiellement du pétrole, etc. ;
• enfin, les véhicules à roues nécessitent encore des infrastructures lourdes (routes, ponts, tunnels, parkings, réseaux d’éclairage contribuant à la pollution lumineuse), et réseaux de distribution de carburant ou de recharge de batteries, etc.). Les véhicules motorisés à roues circulant à l’air libre, même s’ils pouvaient être non-polluants, continueront à générer des effets collatéraux via leurs routes qui contribuent notamment au « roadkill » et à la fragmentation écologique des milieux, à la pollution par le sel de déneigement, etc.

La notion de véhicule propre est donc « relative » : certains véhicules sont plus propres que d’autres, mais aucun véhicule à moteur n’est propre dans l’absolu, quel que soit son mode d’alimentation. D’où peut-être le concept de « véhicule décarboné », c’est-à-dire un véhicule ayant les plus faibles niveaux d’émission de CO₂ possibles, qu’il s’agisse de véhicules entièrement électriques ou de véhicules hybrides rechargeables. Ces deux concepts (« véhicule propre », « véhicule décarboné ») sont également associés au Transport Terrestre Avancé (TTA) et en France ils sont, ainsi que les « Véhicule Thermique Avancé » et véhicules électriques, intégrés dans les filières vertes prioritaires identifiées par le Commissariat général au développement durable^[1], ce rapport considérant alors aussi le besoin de développer les sources propres d’électricité, mais aussi une filière verte de production de batteries moins polluantes et plus légères et/ou une filière de biocarburants de troisième génération.

Transport terrestre avancé

Cette notion est souvent associée au concept de recherche et développement dans le transport « durable ». Elle inclut la démonstration, la fabrication et l’intégration de techniques innovatrices améliorant l’efficacité énergétique des véhicules, diminuant la congestion routière, la pollution et les émissions de gaz à effet de serre, en contribuant à améliorer la sécurité et la qualité de vie. Le « transport terrestre avancé » s’applique notamment aux :

• modes de transport (individuels et collectifs) de biens et personnes ; les modes collectifs ou partagés étant réputés énergétiquement et environnementalement les plus efficaces ;
• infrastructures optimisées (dont voies réservées au transport collectif, stationnements ou horaires incitatifs), infrastructures de recharge ;
• équipements intelligents ;
• gestion intégrée plus efficiente, intermodale et en temps réel des transports (systèmes d’information, télégestion, assistance informatique, etc.), programme-employeur, covoiturage, systèmes de transport intelligent, écologisation des parcs de véhicules, voitures partagées ou en libre service, Vélib’, etc.) ;
• intégration plus en amont des alternatives et de l’intermodalité, dans l’aménagement du temps et du territoire (schémas régionaux de transport, SRADT, etc. en France) ;
• réglementations progressistes tenant compte de la sécurité des usagers, des exigences de la circulation, du partage de la voie publique et de l’environnement (définition et articulation du concept au Canada : Centre National du Transport Avancé - CNTA^[2], et Forum sur la mobilité urbaine et le transport avancé - MUTA).

Historique

Le transport est devenu l’une des premières sources de pollution. Les véhicules automobiles, massivement développés et diffusés au cours du XX^e siècle, étaient en effet conçus :

• avant le choc pétrolier de 1973 sur des critères de performances, de confort, et de coût (d’achat et, dans une moindre mesure, de fonctionnement) ;
• après cette date, en y ajoutant un objectif de faible consommation.

Si le virage de 1973 allait dans le sens de l’efficacité, il ne prenait pas en compte la question des émissions nocives. Celle-ci ne sera abordée que vers la fin des années 1970 aux États-Unis avec les premiers carburants sans plomb en Californie.

Problématique autour des véhicules propres

Pollution et effet de serre

Parmi les problèmes environnementaux posés par les transports deux se distinguent tout particulièrement :

• La pollution qui consiste en une question de santé publique immédiate, les moteurs conventionnels relâchent des produits directement toxiques qui finissent par présenter une concentration dangereuse en ville.
• Les gaz à effet de serre, avec pour l’essentiel dans les transports le CO₂, qui n’ont pas de toxicité directe mais qui sont responsables du réchauffement climatique à l’échelle planétaire, ce qui laisse craindre une catastrophe écologique de très grande ampleur à moyen terme.

La notion de « véhicule propre » recouvre souvent ces deux questions dont le traitement n’est pas nécessairement compatible. La confusion est parfois entretenue par certains acteurs de la branche qui peuvent ainsi communiquer sur des progrès environnementaux qui ne traitent qu’une partie du phénomène.

Véhicules propres et mobilité

À la fin du XX^e siècle, les normes d’émission se sont fortement durcies, avec notamment l’introduction des normes européennes d’émission Euro, les constructeurs ont donc été incités à réduire les émissions de toxiques et de polluants des véhicules. De plus, la prise en compte de l’ensemble de la filière a mis en évidence l’importance des carburants.

Mais dans le même temps, le parc automobile et le nombre de kilomètres parcourus augmentent et le poids croissant et la climatisation des véhicules modernes neutralisent les gains de consommation réalisés grâce à l’amélioration des moteurs. La question de pollution par les transports peut être attaquée en créant des véhicules propres, mais aussi en envisageant une réorganisation profonde des transports, pas forcément plus onéreuse. Par exemple aux heures de pointe, ce sont 21 000 véhicules qui font du quasi sur-place sur les 35 km du périphérique parisien, ce qui représente un capital immobilisé d’environ 210 millions d’euros ainsi que 4 525 000 heures perdues par an.

Un président américain^{[Qui ?]} émit d’ailleurs cette boutade : « Nous savons transporter efficacement trois personnes sur 340 000 km, mais pas 340 000 personnes sur 3 km ».

Véhicule propre et filière énergétique

Les véhicules peuvent être propres mais ne fonctionnent pas nécessairement avec un carburant issu d’une filière énergétique qui le soit. Pour mémoire, la dépense énergétique actuelle de l’automobile en France équivaut à sa dépense énergétique électrique.

Si l’électricité est utilisée pour l’automobile ou pour créer des vecteurs d’énergie (hydrogène, air comprimé), cela pourrait dans le pire des cas signifier un quasi doublement de la capacité nucléaire française actuelle, ou la génération de l’équivalent de la capacité nucléaire à l’aide de centrales au charbon, ou issues d’un carburant comme le pétrole. Pour cette raison, certains considèrent que le terme de véhicule propre est usurpé, ou que pour le moins les véhicules propres ne résolvent rien puisque leur utilisation revient à déplacer le problème de la pollution.

D’autres avancent qu’il est plus facile de « nettoyer » une filière de production énergétique que des millions de véhicules individuels. Les véhicules propres sortiraient en tout état de cause la pollution des villes.

Cet argument néglige cependant le fait que la consommation d’électricité associée à l’utilisation des véhicules électriques peut très naturellement se faire en dehors des périodes de pointe d’utilisation du réseau, soit en rechargeant les batteries la nuit ou encore en profitant de la surcapacité du réseau pendant les périodes creuses pour créer des vecteurs d’énergie (hydrogène, air comprimé). Cela aurait pour effet de mieux répartir et d’optimiser la capacité actuelle du réseau qui est dimensionné pour les périodes de pointe.

De plus, selon les conclusions d’associations écologistes telles que [sauvons le climat], utiliser une production d’électricité par le biais du nucléaire, les émissions de CO₂ étant quasi nulles avec ce vecteur, les gains en émissions pourraient être bien réels. L’association mentionne également fréquemment la possibilité d’utiliser des dispositifs de captage/stockage du CO₂ sur les sites de production charbon notamment, ce qui soutient l’argument précédent en termes de « nettoyage » facilité.

La filière des biocarburants dits de « première génération » est régulièrement critiquée par certains rapports et publications de chercheurs (Science Express par exemple) : l’énergie nécessaire à l’exploitation agricole du bio-éthanol engendrerait une augmentation de 20 % des émissions de CO₂. Pour autant, une étude de l’ADEME de septembre 2009 est venue tempérer ce constat, et semble confirmer l’intérêt du Superéthanol E85 qui s’équilibre entre fabrication (qui consomme du CO₂) et émissions par la suite du véhicule.

Une distinction entre Diester (à base d’oléagineux, incorporé à 30 % dans le B30, parmi lesquels l’huile de palme est particulièrement pointée du doigt), et le superéthanol (en France, à base de Betterave 50 %, maïs 20 %, blé 10 %, 20 % autres dont déchets viniques) - Source CGB - doit être faite. Si les premiers sont essentiellement importés en France, les seconds sont produits pour la plupart en France, ce qui diminue d’autant le coût écologique du transport.

Les carburants

Les carburants peuvent être d’origines organiques, synthétiques ou fossiles.

Les agrocarburants

Les biocarburants, ou agrocarburants, sont des carburants produits à partir de la biomasse. Le Brésil utilise le Bioéthanol (canne à sucre transformée en éthanol) comme carburant automobile. L’éthanol et les huiles végétales et le biodiesel sont utilisés dans les transports, le méthane (ou biogaz) issu de la fermentation des déchets est généralement destiné à la production d’électricité et pour chauffer des bâtiments. Son utilisation pour propulser un véhicule, comparable à celle du GNV (qui est le plus souvent un produit d’origine fossile, comme le gazole), reste encore très marginale.

L’utilisation des agrocarburants peut être intéressante du point de vue de la production de CO₂ et de l’effet de serre qu’il implique. Le carbone des agrocarburants provient de l’atmosphère et ne fait que retourner d’où il vient lors de sa combustion alors que les carburants fossiles libèrent dans l’atmosphère du carbone initialement stocké sous terre.

Le GPL

Le GPL (Gaz de pétrole liquéfié) utilisé dans les transports est un mélange de butane (C₄H₁₀) et de propane (C₃H₈). Il a été mis au point dès 1910 aux États-Unis par l’ingénieur H. Stukman de la Riverside Oil Company, à la base pour récupérer les gaz évaporés des bacs à ciel ouvert contenant des essences minérales, produit de l’extraction du gaz naturel. Les premiers essais pour la carburation automobile débutent dès 1912 et se mettent en place de façon plus large dès la fin des années 1920 aux États-Unis. La France est le premier pays européen à l’introduire en 1932 pour l’usage domestique mais attendra 1979 pour l’autoriser en carburant, aujourd’hui dénommé GPL-c (« c » pour « carburant »).

Il réduit de 25 % l’émission de CO₂ en comparaison avec un moteur essence classique, ne produit que très peu de NOx et aucune particule contrairement au moteur essence ou pire diesel (même équipé de filtre). Il reste pour l’instant le carburant fossile le plus « propre ».

Les techniques automobiles de carburation au GPL ont largement évolué. Le GPL s’installe toujours sur un véhicule à essence et il est nécessaire de démarrer le véhicule sur cette source d’énergie. La bascule au gaz s’effectue après la montée en température du moteur fonctionnant à l’essence.

Par ordre chronologique on distingue :

• La technique par aspiration qui consiste à aspirer le gaz depuis le réservoir et à l’amener dans un vapo-détendeur réglé manuellement qui alimente les soupapes. Cette technique s’applique aux véhicules à carburateur ou à injection non catalysée. Son rendement est mauvais : surconsommation importante pouvant atteindre 30 % par rapport à l’essence et perte de puissance significative.
• La technique d’injection en phase gazeuse « Full Group » amène le gaz en pression au plus près des soupapes, toujours via un vapo-détendeur. L’électronique rentre en jeu puisqu’un calculateur dose la quantité de vapeur à injecter dans le collecteur. Elle peut équiper des véhicules à injection non catalysée.
• La technique de l’injection séquentielle en phase gazeuse est une amélioration sensible de la précédente : chaque injecteur est piloté séparément pour doser la quantité de gaz à injecter dans chaque cylindre, en se calquant sur la consommation d’essence. Elle a permis de réduire sensiblement les effets de surconsommation (de 15 à 20 % de surconsommation) et de limiter largement la perte de puissance.
• L’injection liquide (dernière innovation de pointe pour le GPL) diffère radicalement des précédentes : le « gaz » est ici injecté directement sous forme liquide et sous très haute pression dans la pipe d’admission de l’essence, qui subit une modification destinée à l’adapter (notamment la température de combustion du GPL est supérieure à celle de l’essence). Cette forme d’admission du carburant GPL peut s’assimiler au principe du « Common Rail » des injections directes en technologie Diesel. Un calculateur dose la quantité de gaz liquide injecté en copiant fidèlement la cartographie du calculateur d’injection essence. Malgré son surcoût comparé à l’injection gazeuse, cette technique présente d’importants avantages : écologique (réduction encore supérieure des émissions de CO₂ et CO), aucune perte de puissance voire un léger gain, surconsommation réduite. De l’ordre de 12 % en moyenne par rapport à l’essence, ce qui est une donnée physique inévitable étant donné le pouvoir énergétique moindre du GPL par masse volumique comparativement à l’essence.
  Cette technique pourrait ne pas être favorisée en France, en raison d’incitations fiscales ne la favorisant pas.

Le GNV

Le GNV (Gaz Naturel pour Véhicule), est composé de 90 % de méthane (CH₄). Sa combustion ne produit ni oxyde de soufre, ni plomb, ni poussières, ni fumées noires et peu d’oxyde d’azote et de monoxyde de carbone. C’est aussi un produit des compagnies pétrolières, qui ne perdent rien à le substituer à l’essence ou au gazole. Le biogaz étant lui aussi du méthane pourrait parfaitement être utilisé à la place du GNV mais les filières de production font défaut pour l’utiliser dans les transports.

Caractéristiques du GNV dans les transports

Il est essentiellement utilisé pour les autobus (en France près de 1 400 bus roulent au GNV en 2009^[3]) et dans une moindre mesure pour les bennes à ordures. L’usage du GNV est assez répandu avec plus 4 millions de véhicules dans le monde, en Argentine et en Italie notamment. Les moteurs au GNV présentent de bonnes performances environnementales, Les émissions de substances nocives sont particulièrement faibles à l’exception des émissions de composés organiques volatils qui sont supérieures à celles du diesel. Les émissions de CO₂ sont sensiblement inférieures mais en restent toutefois assez proches. Le GNV comme le GPL pourraient voir leurs performances s’améliorer considérablement avec un moteur spécifiquement conçu pour ces carburants.

Outre cette réduction directe des émissions polluantes, la distribution du GNV entraîne d’autres réductions. Alors que les stations classiques doivent être alimentées régulièrement par voie routière ce qui entraîne l’encombrement des villes et signifie donc encore plus de pollution, une station délivrant du gaz naturel est directement reliée au réseau de distribution de gaz de ville.

Toutefois, le méthane composant 90 % du GNV est également un puissant gaz à effet de serre à vie courte considéré comme étant 63 fois plus nuisible sur 20 ans que le CO₂. Il faudrait donc, pour prendre la mesure de la contribution du GNV à l’augmentation de l’effet de serre, prendre en compte toute la filière, de l’extraction à la combustion et comptabiliser les pertes de gaz. Il est donc possible qu’en termes d’effet de serre et en l’état des techniques et de la filière, le GNV présente des performances inférieures au gazole.

Les réserves mondiales de GNV sont plus abondantes et moins concentrées que celles du pétrole ce qui assure un prix et un approvisionnement plus stable. Le prix du GNV est en outre inférieur à celui du gazole.

Avantages et inconvénients techniques

Les principales raisons pour choisir les bus au gaz sont :

• Moins polluants, les bus au GNV sont aussi plus silencieux que les autres bus (-5 à -8 décibels).
• Le GNV réduit également les vibrations des véhicules, améliorant ainsi le confort des passagers et des conducteurs.
• Le GNV est excellent pour la durée de vie du moteur qui présente un fonctionnement particulièrement souple qui réduit l’usure des véhicules.
• Le GNV démarre à toutes les températures sans surconsommation quand il tourne à froid.

Les bus avec une motorisation adaptée possèdent des réservoirs en toiture gonflés à 200 bars qui leur offrent une autonomie de 400 km.

• Le GNV est plus léger que l’air, en cas de fuite, la dispersion du gaz se fait sans difficulté sauf dans les milieux clos ou mal ventilés. Le GNV est difficile à enflammer (540 °C contre 235 °C pour le gazole). Le risque principal est dû aux hautes pressions (> 200 bar) du réservoir du véhicule et de la station d’emplissage contrairement au GPL qui est stocké entre 2 et 10 bar.

Les moteurs actuels au GNV utilisent le cycle de Beau de Rochas et non pas le cycle Diesel, ce qui leur est défavorable en termes de rendement, donc en termes d’émission de CO₂.

La voiture à azote

Carlos Ordonez, professeur de physique à l’université du Texas du Nord (Denton, États-Unis), a conçu une voiture propulsée par de l’azote liquide, qui est converti en gaz par la chaleur de l’air ambiant. Dans la CoolCar, l’azote devenu gazeux actionne un moteur à air qui propulse l’automobile. Pour le moment, le prototype existant atteint une vitesse maximale de 70 km/h. Son réservoir de 180 litres ne lui permet de parcourir qu’une trentaine de kilomètres.

Autre avantage, le cycle de production de carburant beaucoup moins polluant que d’autres : les usines fabriqueront l’azote liquide directement avec l’air ambiant. Quant à la concurrence de la voiture électrique, les nuisances dues aux batteries au plomb mettent celle-ci hors course. D’autre part, il ne faudra que quelques minutes pour faire le plein du véhicule à air au lieu de plusieurs heures pour recharger les batteries électriques conventionnelles (cependant, certains supercondensateurs, comme le EESU, peuvent être chargés à 80 % en moins de 5 minutes).

Comment ça marche ?

L’azote est stocké dans un réservoir cryogénique composé de deux enveloppes séparées par du vide. En évitant ainsi tout échange de chaleur entre l’intérieur et l’extérieur du réservoir, l’azote reste à l’état liquide, à -125 °C.

Pour actionner le moteur, le réservoir est équipé d’une pompe électrique qui met l’azote sous pression (entre 30 et 40 bars) et l’envoie vers l’échangeur. En passant dans l’échangeur, un tuyau sur lequel un ventilateur souffle de l’air ambiant, l’azote se réchauffe et devient gazeux. Dès lors, la pression de l’azote à l’intérieur de l’échangeur est suffisante pour engendrer une force capable d’actionner le piston à l’intérieur du cylindre. Poussé de bas en haut par l’expansion du gaz, le piston - par le biais d’un vilebrequin - transmet un mouvement de rotation à l’arbre de transmission qui fait tourner les roues.

• LN 2000 (anglais)
• CoolCar (anglais)

Quel avenir ?

Comme pour l’ensemble des projets de véhicules à moteur à air comprimé, le bilan énergétique et environnemental n’est pas forcément meilleur que celui de la voiture traditionnelle, car la liquéfaction de l’azote demande beaucoup d’énergie. Le rendement théorique ne peut dépasser 50 %, quelle que soit la technique employée, pour des raisons thermodynamiques. En revanche, seule subsiste une batterie classique pour les équipements du véhicule.

L'air comprimé

À part les tramways de la fin du XIX^e siècle, les véhicules à air comprimé restent pour l’instant des prototypes qui n’ont pas pu être évalués indépendamment des tests de leurs constructeurs. De conception originale, ils annoncent une autonomie théorique de l’ordre de 200 km et une vitesse de pointe de 110 km/h.

On peut considérer ces voitures comme des véhicules électriques pour lesquels l’air comprimé n'est que le vecteur d’une énergie électrique actuellement produite par des centrales nucléaires et des centrales thermiques ; le réservoir d'air comprimé permet de stocker cette énergie électrique. Dans l'avenir, il pourrait être possible de remplacer les turbines fournissant de l’électricité par des compresseurs fournissant directement de l’air comprimé sans passer par l’intermédiaire « électrique ». L’avantage par rapport à une voiture électrique est, entre autres, de résoudre les problèmes de poids, de vieillissement et du recyclage des batteries électro-chimiques.

Ce type de véhicule bien moins puissant que les véhicules thermiques, est léger et a des ambitions essentiellement urbaines. La rusticité de la technologie mise en œuvre est séduisante, les médias parlent donc régulièrement de ces projets mais de nombreux spécialistes sont plus que sceptiques sur les performances annoncées. Les nombreux retards et les absences de tests ne favorisent pas la confiance.

La société MDI a été l’une des premières à se positionner pour la conception et la production de véhicules à air comprimé. Elle développe depuis 1998 l’idée d’un véhicule dont le moteur fonctionne grâce à l’air comprimé contenu dans des bouteilles à haute pression.

Au Québec, l’APUQ (Association de Promotion des Usages de la Quasiturbine^[4]) a proposé en 2004 une première intégration pneumatique d’un moteur rotatif Quasiturbine sur un karting. En juin 2009, lors d’un rassemblement sur les véhicules écologiques, l’APUQ dévoilait une petite voiture pneumatique équipée cette fois d’une Quasiturbine QT5LSC^[5]. Ces prototypes n’ont pas la prétention d’être commerciaux, mais constituent une première base d’intégration pneumatique en développement.

Également, l'association française K’Airmobiles était en 2006 un nouveau venu dans ce secteur, proposant des véhicules écologiques très légers à propulsion assistée ou assurée par de l’air comprimé. Deux prototypes de véhicules à assistance pneumatique ont pu être réalisés ; mais le projet a été abandonné en 2009.

Véhicules électriques

Les véhicules électriques fonctionnent sur apport continu de courant ou batteries rechargeables. L’apport continu de courant est réservé aux transports en commun en site propre et transports de marchandises en site propre (train (passagers et fret), trolleybus, tramway, métro).

Pour les autres types de transport (transport collectif ou de marchandise hors site propre, transport individuel), une solution de stockage d’énergie est nécessaire, comme les batteries rechargeables ou l’hydrogène avec une pile à combustible (cf. la section en question).

Les batteries modernes (Li-ion, Li-polymère, etc.) autorisent aujourd’hui une vitesse et une autonomie convenables pour un usage urbain et péri-urbain. On retrouve ainsi en termes d'applications possibles des véhicules électriques étant affectés à la fonction de transport en commun (bus et minibus électriques) dans les milieux (péri-)urbains, voire la fonction de transport de marchandises (fret) pour l'étape de la livraison dite du "dernier kilomètre" faisant appel à des véhicules de type utilitaire (comme le Maxity électrique par exemple)^[6]. Certains véhicules de haut de gamme (Tesla) sont maintenant plus rapides que des véhicules sportifs de grande marque très coûteux^[7].

Les avantages principaux du véhicule électrique sont :

• le faible entretien : les moteurs électriques ont peu de pannes, et l’ensemble du véhicule est plus simple, avec beaucoup moins de pièces en mouvement ;
• l’absence de pollution et d’émission de dioxyde de carbone ;
• un faible bruit ;
• une facture énergétique très faible : de l’ordre de 2 à 3 Euro pour un « plein » pour une voiture avec batteries (ex: batterie de 24 kWh pour la Nissan LEAF et un coût du kWh en France d'environ 10 centimes), et de 10 centimes d’euro pour un vélo à assistance électrique.

Les principaux inconvénients à l’usage du véhicule électrique doté de batteries sont :

• en cas de généralisation, la nécessité d'augmenter les ressources électriques du pays;
• le coût, supérieur celui d'un véhicule ordinaire de taille comparable, sauf lorsque la batterie est exclue du prix d’achat et proposée à la location^[8] ;
• l’autonomie inférieure des voitures électriques (souvent moins de 200 km) face aux voitures thermiques (plus de 800km);
• le temps de recharge : 6 à 8 H sur une prise classique 220 V / 16 A.

Récemment, est apparu un prototype de voiture électrique utilisant des supercondensateurs ayant une densité d’énergie supérieur à 30 Wh/kg et une usure quasi inexistante, permettant ainsi le remplacement des batteries conventionnelles.

Remarque sur le problème d'autonomie des véhicules électriques : Ce problème d'autonomie ne se pose pas pour les véhicules sans batterie embarquée (train et autres transports en commun en site propre), il est également moins gênant sur les véhicules électriques à charge embarquée roulant à faible vitesse, comme le vélomoteur électrique, ou le vélo à assistance électrique, car ceux-ci sont essentiellement destinés à un usage urbain ou périurbain.

Les véhicules hybrides

Les véhicules hybrides constituent une solution intermédiaire entre les véhicules conventionnels et les véhicules électriques. Leur conception peut toutefois trahir une philosophie radicalement différente.

Le concept est de faire fonctionner le moteur thermique à une pression moyenne effective (charge) légèrement plus élevée que nécessaire, et utiliser ce surplus d’énergie mécanique pour charger une batterie. Le rendement du moteur augmentant vite à faible charge, ce surplus d’énergie est presque gratuit.

Ceci est vrai pour les moteurs à essence, les moteurs Diesels sont beaucoup moins sujets à des variations de rendement en fonction de la charge.

Toyota, avec la Prius puis en 2009 la Prius 3, a fait le choix de construire un véhicule pourvu d’un moteur thermique et d’une transmission mécanique épaulée par un moteur électrique (concept HSD). Il s’agit d’un véhicule fonctionnel destiné à entrer en concurrence directe avec les véhicules conventionnels. La Prius à l’origine ne recharge ses batteries que par l’action de son moteur thermique ou lors des freinages et décélérations ; depuis 2006, des « kits » sont commercialisés permettant d’augmenter l’autonomie de fonctionnement de la batterie, en proposant un chargeur externe, et une batterie additionnelle qui complète la batterie d’origine et autorise la recharge sur secteur.
La Prius se distingue par une consommation nettement plus faible que celle de voitures conventionnelles équivalentes. La recherche d’économie y est très poussée, ainsi au moment de l’arrêt le liquide de refroidissement est envoyé dans un contenant isolé^{[réf. souhaitée]}, au moment du départ il est redonné au moteur pour limiter la durée de mauvais fonctionnement thermique parce que le rendement d’un moteur thermique est plus faible à basse température qu’à la température normale de fonctionnement. Le tableau de bord permet de suivre la consommation instantanée, on peut ainsi constater une consommation de l’ordre de 10 L/100 km dans les cinq premières minutes puis de l’ordre de 5 L/100 km dans les cinq minutes suivantes. La Prius est comparativement plus économique en ville que sur route, le moteur thermique s’arrête dès que l’on n’accélère plus depuis quelques secondes. Il n’y a pas de démarreur classique, la voiture démarre avec le moteur électrique puis le moteur thermique embraye, ceci automatiquement et d’une manière totalement transparente, c’est ce qui permet à l’ordinateur de couper le moteur thermique n’importe quand même pour quelques secondes sans préjudice pour la mécanique. Le basculement de moteur électrique (en appoint du moteur thermique) au fonctionnement en génératrice (arrêt de l’appui sur la pédale d’accélération ou freinage) se fait très rapidement il n’est pas rare que plusieurs basculements aient lieu en quelques secondes. L’énergie consommée est donc totalement d’origine thermique (l’essence consommée par le moteur), la fonction génératrice permet de récupérer l’énergie perdue au freinage et d’éviter le gaspillage à l’arrêt. C’est ce qui explique la performance énergétique de cette voiture mais ceci s’accompagne d’une multitude de détails qui vont de la qualité aérodynamique à un réservoir à essence conçu de telle sorte qu’il n’y a pas de surface d’évaporation ce qui entraîne un gain de 1 à 2 % sur la consommation.

À l’opposé, "l’Elect’road" de Renault était un véhicule électrique qui se rechargeait par une prise de courant et pourvu d’un « prolongateur d’autonomie » constitué d’un moteur essence de 500 cm³ destiné à ne fonctionner que 5 % du temps. Ce véhicule a été commercialisé à très peu d’exemplaires, et la fabrication a été arrêtée en 2004. L’autonomie annoncée était de 150 km en cycle urbain.

Dassault en coopération avec Heuliez au sein de la SVE (Société des Véhicules Électriques) avait annoncé pour 2006 un monospace hybride créé sur la base d’un Kangoo de Renault nommé Cleanova II, lui aussi équipé d’un moteur de 500 cm³, pourvu de batteries de technologie lithium-ion et affichant une autonomie de 200 km en cycle urbain. Ce véhicule n’a jamais été commercialisé et la société SVE a été vendue par Dassault en 2009, puis dissoute.

En avril 2007, La Poste a lancé un appel d’offre pour une première livraison de cinq cent véhicules électriques ou hybrides (électriques à prolongation d'autonomie). Les sociétés PSA/Venturi et Fiat/Micro-Vett/Newteon ont été sélectionnées en 2008 en vue de la réalisation de tests^[9] puis pour fournir les véhicules. Ces 500 véhicules électriques (2 x 250) ont été livrés à La Poste entre fin 2009 et juin 2011.

Plus prosaïquement, les services techniques de nombreuses communautés urbaines sont équipées depuis plusieurs années de camions-poubelles fonctionnant en logique hybride.

Les véhicules utilisant l'hydrogène

Hydrogène comme carburant

Un règlement européen a été voté en septembre 2008 visant à harmoniser les normes techniques relatives aux voitures à hydrogène dans l’ensemble du marché commun. Le commerce, l’homologation et la diffusion des voitures, et autres véhicules jugés plus propres (sous réserve que la filière de production d’hydrogène le soit aussi) devrait en être facilités. Selon l’UE, « les constructeurs automobiles devraient économiser 124 millions d’euros en frais de réception » mais ils devront identifier ces voitures pour alerter les services de secours en cas d’accidents. Ces voitures pourraient représenter 5 % du parc européen en 2020 selon le Parlement^[10].

Hydrogène et pile à combustible

Choisir une source d’énergie alternative au pétrole répond au double impératif de la pollution et de la raréfaction annoncée des énergies fossiles. L’application de cette nouvelle source d’énergie aux transports rajoute un impératif de dimension et de sécurité. La pile à combustible fonctionnant à partir de l’hydrogène semble constituer la piste privilégiée des pouvoirs publics pour l’avenir, en Europe mais également partout ailleurs dans le monde.

Une pile à combustible est un appareil produisant un courant électrique à partir d’une réaction chimique, généralement entre l’hydrogène et l’oxygène contenu dans l’air. Le fonctionnement d’une telle pile est particulièrement propre puisqu’il ne produit que de l’eau. Les piles à combustible sont aujourd’hui très onéreuses, notamment parce qu’elles nécessitent des quantités non négligeables de platine.

L’hydrogène nécessaire au fonctionnement des piles à combustible peut également être utilisé dans un moteur à combustion interne conventionnel mais il est considéré plus efficace de l’utiliser comme moyen de stockage de l’énergie que comme combustible. Toutefois, l’hydrogène est particulièrement difficile à stocker, tous les réservoirs étant poreux par rapport à cette molécule. Pour limiter les fuites et les problèmes, il faut procéder à une liaison chimique (par exemple en méthane ou avec des hydrures métalliques) et libérer l’hydrogène juste avant utilisation.

En octobre 2005, Amnon Yogev ancien professeur de l’institut Weizmann annonce avoir trouvé une méthode pour produire un flux d’hydrogène à partir d’eau en utilisant du magnésium ou de l’aluminium d’eau. Le système n’a pas encore été montré au public et semble relativement lourd (100 kg). Cependant si cette nouvelle méthode est confirmée, elle pourrait permettre d’éviter les problèmes liés au stockage de l’hydrogène.

Bilan écologique de l'hydrogène

Si la propreté des piles à combustible est exemplaire, la production de l’hydrogène nécessaire à leur fonctionnement est quant à elle plus problématique. Il existe actuellement deux possibilités pour produire de l’hydrogène, l’une consiste à l’extraire du gaz ou du charbon (technique mise au point par l’ENEL à Pise), l’autre à électrolyser l’eau.

La première méthode produit du CO₂ et contribue donc à l’effet de serre, à moins de capturer ce carbone.

La seconde méthode nécessite de l’électricité dont la production ne doit pas elle-même produire du CO₂. On pense notamment aux énergies renouvelables qui trouveraient dans l’hydrogène un moyen de stocker leur production d’énergie nécessairement irrégulière. Plusieurs projets ont ainsi vu le jour, le Japon envisage une station offshore portant une éolienne géante, un système espagnol convertit le mouvement des vagues en énergie, une tour solaire d’un kilomètre en Australie est en projet. Harry Braun du « Hydrogen Political Action Committee » estime qu’il faudrait 12 millions d’éoliennes d’un mégawatt pour assurer la production, par l’hydrogène, de la consommation énergétique des États-Unis.

Des recherches récentes de l’Institut Californien de Technologie montrent que l’hydrogène lâché dans l’air devrait avoir un effet particulièrement néfaste sur la couche d’ozone, d’autres équipes de recherche font valoir des résultats moins catastrophiques, la question reste en débat. Il existe toutefois la crainte que de simples fuites inévitables dans un réseau de distribution de l’hydrogène n’aient des conséquences désastreuses sur l’environnement.

Une troisième solution tirerait parti des projets de centrale nucléaire à haute température de fonctionnement qui permettraient de générer de l’hydrogène directement. Ces centrales sont appelées par leur type de réacteur : Réacteur Haute Température et utiliseraient de l’hélium comme fluide caloporteur et du graphite pour diffuser la chaleur. La dissociation de l’eau en ses composants se fait naturellement à température élevée.

Des méthodes plus propres de produire de l’hydrogène sont régulièrement proposées. Un procédé d’oxydation d’un mélange en poids de 80 % d’aluminium et de 20 % de gallium dû à Jerry Woodall permettrait à un véhicule équipé d’une pile à combustible embarquant 80 kg d’un mélange d’eau et de cet alliage roulant à 100 km/h de parcourir 560 km pour un coût trois fois moins cher qu’avec la quantité d’essence nécessaire d’un poids équivalent^[11]

Les politiques énergétiques innovantes

La commission européenne de recherche sur l’énergie prend des positions particulièrement marquées en faveur de l’hydrogène et des piles à combustible. Le projet CUTE introduisant des autobus à l’hydrogène dans neuf villes Européennes est d’ores et déjà en marche.

Dans la foulée, PSA mise également sur ce duo. Il envisage à moyen termes de produire des véhicules hybrides électriques recevant une pile à combustible comme source d’énergie complémentaire. Il envisage ensuite de passer à l’horizon 2010-2020 à des véhicules dont la source principale sera une pile à combustible équipée d’un reformateur produisant l’hydrogène à partir du bioéthanol ou d’essence de synthèse. À partir de 2020, considérant que les circuits de distribution de l’hydrogène seront en place, PSA projette de construire des véhicules fonctionnant grâce à une pile à combustible alimentée par les seules réserves d’hydrogène embarquées.

Le Japon, leader mondial des véhicules à pile à combustible, marque également une très forte volonté dans les transports propres et plus particulièrement pour l’utilisation de l’hydrogène. La politique japonaise, très en pointe, est résolument tournée vers l’action, les véhicules hybrides à essence étant déjà largement favorisés. Le Japon met en place à titre expérimental des stations de distribution de l’hydrogène pour une flotte de véhicules dotée de piles à combustible à l’essai. Le Japan Automobile Research Institute et le Japan Electric Vehicule Association travaillent conjointement à produire une proposition de norme sur la pureté de l’hydrogène comme carburant pour les véhicules propulsés par une pile à combustible.

Les États-Unis mènent des recherches équivalentes au travers notamment du programme freedom CAR, Cooperative Automotive Research visant à construire des véhicules hydrogène/pile à combustible. Le Canada se distingue également avec un institut de recherche sur l’hydrogène et des tests grandeur nature à Vancouver. Le Canada et sa capacité de production hydroélectrique sont particulièrement bien placés pour faire de l’hydrogène propre.

Un accord de coopération entre l’Union Européenne et les États-Unis sur la technologie des piles à combustible vient d’être signé, montrant ainsi leur convergence de vue sur l’avenir de l’énergie dans les transports.

Une économie de l'hydrogène

L’hydrogène n’est pas une source d’énergie (l’hydrogène sous sa forme H₂ ne se trouve pas dans la nature), ce n’est qu’un vecteur, un moyen de transporter de l’énergie qu’il faut produire, par exemple via le nucléaire, les carburants fossiles ou les énergies renouvelables.

L’idée de transition d’une économie du pétrole vers une économie de l’hydrogène est un thème récurrent. Un choix si massif pour des technologies encore en développement implique en effet des modifications importantes du schéma de distribution.

Jeremy Rifkin, auteur de « L’économie hydrogène », remarque que la production n’est plus dépendante de certaines régions du monde. Elle peut être éparpillée, décentralisée, produite localement, ce qui serait alors un changement radical en termes de fonctionnement économique qui demande une sérieuse adaptation de la part des géants de l’énergie.

Certes l’utilisation des énergies renouvelables permet d’accéder à l’indépendance énergétique et le choix de l’hydrogène comme moyen de stockage permet de tirer parti de cette source à la production erratique.

Critique

Un danger provient de la finesse de la molécule d’hydrogène : elle est tellement fine qu’elle passe à travers tous les réservoirs. Dans une économie « hydrogène », 10 % de l’hydrogène serait ainsi perdu.

Le débat sur la sécurité est intéressant mais avant que l’hydrogène « propre », donc produit à partir d’électricité renouvelable (seul procédé industrialisé aujourd’hui), soit pertinent pour l’utilisation dans des véhicules automobiles face au banal stockage dans des accumulateurs, il devra faire face au dilemme actuel sur son efficacité énergétique, illustré par la figure ci-contre.

Il devra ensuite diviser par dix le coût de l’ensemble réservoir plus pile à combustible puis quadriller le territoire de postes d’électrolyse, de stockage et de remplissage sous pression (700 bars), ensemble beaucoup plus complexe qu’une station-service actuelle. Ensuite, seulement viendra le problème de la sécurité qui est probablement le plus simple à résoudre (cf. les véhicules au GPL). Données recueillies par le projet de recherche européen StorHy^[12].

Avantages fiscaux

France

En France, en 2010/2011, la loi accorde un bonus écologique de 2 000 € lors de l'immatriculation de véhicules neufs qu’elle considère comme propres à condition qu’il s’agisse d’un véhicule automobile terrestre à moteur dont la conduite nécessite la possession d’un permis de conduire et qui remplisse l'une des conditions suivantes :

• qui fonctionne au gaz de pétrole liquéfié (GPL), exclusivement ou non (bonus accordé jusqu'à fin mars 2011) ;
• qui fonctionne au gaz naturel véhicule (GNV) exclusivement ou non (bonus accordé jusqu'à fin mars 2011) ;
• qui soit un hybride énergie électrique et carburant fossile conventionnel (essence ou à gazole) ;

A noter que les émissions de CO2 de ces véhicules doivent aussi être inférieures à une limite maximale réévaluée chaque année et que des bonus de plus faibles valeurs (jusqu’à 800 € en 2011) sont aussi accordés à des véhicules à moteurs thermiques ayant de faibles émissions de CO2.

Cette définition légale seule semble toutefois bien insuffisante et demeure contestée. Le terme « véhicule propre » recouvre donc des réalités et des problématiques disparates mais n’en demeure pas moins usité.

Notes et références

Annexes

Articles connexes

• Transport | Véhicule
• Pétrole | Énergie renouvelable | Taxe générale sur les activités polluantes
• Écologie | Développement durable
• Bicyclette

Liens externes

• Rapport de travail, Commission Interministérielle Véhicule Propre et Economie [PDF] lien mort peut être ici
• Centre National du Transport Avancé (CNTA)
• Définition et implications du concept de voiture propre en France

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