Le transport terrestre (tous modes confondus) est, dans tous les pays, un émetteur important de gaz à effet de serre, le CO2 principalement (mais aussi les oxydes d’azote). En France, celles-ci représentaient 29 % des émissions totales, soit 130 MtCO2/an (55% pour les véhicules particuliers), devant l’agriculture (20 %), et le résidentiel-tertiaire (19 %). Comme le soulignait un intéressant rapport de France Stratégie « le secteur du transport constitue une cible de choix car ses émissions ont augmenté de près de 10 % depuis 1990 ». Diminuer et à terme éliminer ces émissions est, on le comprend, un objectif important des politiques climatiques et énergétique.

Pour sa part, l’UE a fixé d’atteindre, en 2021, un niveau moyen d’émissions des véhicules neufs de 95g CO2/km (correspondant à une consommation d’essence de 3,2 l/100km). On comprend également que le ministre français de la transition écologique et solidaire, Nicolas Hulot, a voulu fixer un objectif très ambitieux aux constructeurs automobiles en présentant le « Plan climat » du gouvernement, le 6 juillet 2017 : « Nous visons –a-t-il déclaré – la fin de la vente des voitures à essence et diesel d’ici 2040 ». Cet objectif devrait inciter les constructeurs automobiles à innover et à être des leaders sur leur marché, il permettrait d’atteindre une neutralité carbone en 2050 (c’est-à-dire la décarbonation totale de l’énergie).

Comment atteindre cet objectif ambitieux ? On ne peut y parvenir qu’en remplaçant les véhicules à moteur thermique par des véhicules totalement électriques, (la déclaration du ministre semble exclure la vente des voitures hybrides qui utilisent un moteur thermique diesel ou a essence, à l’exception éventuellement de ceux qui utiliseraient des biocarburants « neutres » pour le climat). Cette transition qu’il faudrait effectuer en moins de 25 ans, représente un redoutable défi technologique, industriel et économique que peu de pays se sont fixés (la Norvège envisage de l’atteindre dès 2025 et la Suède en 2030, l’Allemagne l’évoque avec prudence pendant la campagne électorale actuelle).

La note sur Le véhicule électrique au secours du climat, soulignait que le véhicule électrique représente encore un marché de niche même s’il se développe en France: le cap des 100 000 immatriculations de nouvelles voitures tout électrique a été dépassé en Europe en 2016 (27 000 véhicules en France), mais 300 000 véhicules hybrides avaient été commercialisés dans l’UE. Le véhicule électrique souffre encore de deux handicaps majeurs : son coût à l’achat demeure élevé (même s’il bénéficie en France d’une prime de 6000 € avec un bonus supplémentaire de 4000 euros pour remplacer une véhicule diesel), sa batterie a une autonomie limitée (150-400 km, fonction de son poids) et coûte cher, les bornes de recharge rapide étant encore en nombre limité (15 000 en France). Ces problèmes techniques constituent des verrous sur lesquels nous reviendrons.

Les défis technologiques

Avant la prise de position du ministre Nicolas Hulot, France Stratégie envisageait deux options à moyen terme pour les véhicules particuliers. La première consisterait à construire un véhicule thermique consommant 2 litres aux 100 km d’ici à 2030 et un véhicule avec zéro émission au-delà de 2050. Elle représente aussi un défi technologique (avec un fonctionnement à plus haute température du moteur) mais même couplé à un moteur électrique, cette option ne permet pas une décarbonation de l’énergie (le moteur émettrait 50 gCO2/ km).

La seconde option est celle du véhicule totalement électrique à l’horizon 2050, compatible avec la neutralité carbone, celle retenue par le plan français pour 2040. La première n’est plus à l’ordre du jour après la prise de position de Nicolas Hulot. France Stratégie estimait que l’option tout électrique à partir de 2040 « serait rendue plus crédible aux yeux des industriels comme des usagers si elle était précédée de restrictions de circulation pour les moteurs à carburants fossiles dans le centre des agglomérations européennes (par exemple à l’aide de vignettes) et d’une montée en puissance progressive des taxes sur les carburants automobile ».

Le rapport estime qu’un un parc français de 30 millions de véhicules particuliers tout électrique représenterait une consommation annuelle d’électricité d’environ 90 TWh, soit 20% de la consommation totale ce qui semble a priori gérable mais avec un point critique qui est la recharge (partielle ou totale) quotidienne des batteries. Une recharge en fin de journée (en particulier à l’heure de pointe entre 18 et 20h) de toutes les voitures du parc représenterait un appel de puissance que ne pourrait pas supporter le réseau électrique actuel à moins de disposer d’une réserve de 90 GW de puissance de production dont le coût serait considérable, il faudrait donc étaler les périodes charge en dehors des heures de pointe (la nuit notamment).

Il est vrai que l’utilisation de la voiture électrique suppose un autre modèle de mobilité avec des petits véhicules pour les parcours urbains et péri-urbains (20 à 30 km par jour du type de la Zoe de Renault) pouvant se contenter d’une autonomie de 150 km (une énergie stockée dans les batteries de 25 kWh) qui limiterait la fréquence des recharges. Quoi qu’il en soit, l’option tout électrique suppose la construction d’un réseau de près de 30 millions de bornes de recharge d’ici 2040, un investissement que le rapport de France Stratégie chiffre à 15 milliards d’euros (avec un investissement supplémentaire pour des bornes à recharge rapide plus coûteux évalué à 10-20 milliards d’euros). Par ailleurs Enedis a chiffré à environ 30 milliards d’euros les investissements nécessaires à l’intégration des énergies renouvelables dans le réseau électrique (la production n’étant utilisée pour la mobilité électrique qu’à hauteur de 20%).

Le pari de la borne de recharge

Les moteurs électriques sont plus simples à construire que les moteurs thermiques (ils ne fonctionnent pas à haute température) et leur production ne représente pas de problème technique majeur pour les constructeurs, en revanche l’amélioration des performances des batteries est le véritable défi technologique de la mobilité électrique : augmenter leur densité énergétique (au maximum de 150 W/kg avec les batteries lithium-ion actuelles), diminuer leur prix de production, garantir leur durabilité (un grand nombre de cycles charge-décharge sans diminuer leur capacité de stockage).

Rappelons que la solution du moteur électrique fonctionnant avec une pile à combustible à l’hydrogène est une alternative mais qu’elle est loin d’être au point techniquement et économiquement. Qui plus est, cette option supposerait, elle aussi, la construction d’un réseau de stations-services pour l’hydrogène plus compliqué et plus coûteux (une production sur place par électrolyse ?) ; quitte à faire un choix d’investissement il est préférable de parier sur la batterie avec des bornes de recharge (la pile à combustible restant une option ouverte pour le stockage stationnaire de l’électricité).

Au plan technique, des perfectionnements de la batterie lithium-ion sont possibles (ils ont toujours été lents comme le rappele la photo de la « jamais contente », la voiture électrique qui, la première, a dépassé les 100 km /h en 1899 mais son autonomie ne dépassait pas 20 km), en modifiant les électrodes, par exemple en utilisant le silicium, mais d’autres pistes sont explorées : le couple lithium-oxygène (celui-ci forme un oxyde avec l’oxygène, on pourrait théoriquement atteindre une densité énergétique de 1000Wh/kg), les couples zinc-oxygène, magnésium-oxygène, voire lithium et sodium-soufre (ce dernier est testé sur des batteries stationnaires). En 2015 le coût de batterie lithium-ion était de 250 €/ kWh (soit environ 35% du prix d’une voiture en 2015) ; Elon Musk, le patron de Tesla s’est fixé l’objectif de l’abaisser d’un tiers d’ici 2025.

Des mesures incitatives essentielles

L’objectif d’une production de véhicules particuliers totalement électriques fixé par le gouvernement français et envisagé par d’autres pays (l’Allemagne s’est fixée, en 2011, un objectif d’un parc d’un million de véhicules électriques en 2020 qui semble hors d’atteinte) ne peut être atteint que si des mesures incitatives (subventions, exonération fiscales), sont mises en place. N. Hulot a d’ailleurs laissé entendre que ce serait le cas, des nouvelles primes de transition seraient accordées aux acheteurs de véhicules électriques remplaçant des voitures diesel ou à essence. Une étude récente du JRC portant sur huit pays européens montre ainsi qu’en Norvège où les incitations fiscales (exemption de TVA et de taxe de circulation) et les subventions sont généreuses (de 39 à 67% du prix d’achat sous forme de subvention) le coût d’achat d’un véhicule électrique et inférieur à celui d’un véhicule thermique. La situation est plus contrastée pour les autres pays et dépend des véhicules, en moyenne les véhicules électriques et hybrides coûtent plus cher à l’achat que les véhicules thermiques. En France et au Royaume-Uni, les aides financières sont plus favorables pour les petits véhicules électriques qui deviennent compétitifs à l’achat et à l’usage. Cette étude a le mérite de montrer que les incitations financières bien dosées favorisent la pénétration des véhicules électriques sur le marché mais que leur coût est élevé comme le montre l’exemple de la Norvège. Une forte augmentation de la fiscalité des carburants pétroliers au niveau européen jouerait également un rôle dissuasif pour l’achat des véhicules thermiques.

Une mesure radicale

L’arrêt de la commercialisation des voitures à moteur thermique en 2040 est une mesure radicale qui, outre son impact climatique, supprimerait les externalités négatives liées à ce mode de transport (pollution de l’air et nuisances acoustiques), notamment si elle s’appliquait aux camions et aux bus dont le sort n’est pas fixé. Il serait sage de se garder une marge avec des véhicules hybrides ou utilisant des biocarburants. L’objectif représente un défi technique, industriel et financier pour les industriels et pour l’Etat. Mettre au point des batteries compétitives exige un effort de R&D important sur, au minimum, une vingtaine d’années. Construire des batteries avec les techniques actuelles lithium-ion exigera des investissements industriels très importants (Tesla et Panasonic prévoient d’investir 5 milliards de $ pour construire leur usine de batteries dans le Nevada).

Enfin une estimation du coût total des mesures incitatives pour l’Etat reste à faire, il sera probablement important (il se vend 2 millions de voitures neuves par an en France), compensable, il est vrai, par une taxe carbone. L’objectif gouvernemental sera, très probablement, difficile à atteindre en 2040. Pour faire sauter le verrou technico-industriel de la batterie une stratégie européenne s’impose, d’autant plus que l’Europe est distancée dans ce domaine par la Chine, les Etats-Unis et la Corée du sud qui font un effort d’investissement très important. À plus long terme, l’approvisionnement en métaux « critiques » nécessaires pour la construction des batteries et des moteurs électriques (les terres rares notamment, voire le lithium et le cobalt) se posera mais il n’est jamais pris en compte. Le volontarisme politique est certes nécessaire pour assurer la transition énergétique mais il ne peut se passer de la technique.