Le blog de doc zaius

23 Mai 2020

Le développement du marché de la voiture électrique à batterie (VE) passe par une phase de croissance contrariée susceptible de durer une décennie, voire davantage selon les solutions apportées, ou pas, aux problèmes d'autonomie, de batteries, de réseau de charge, de coût de production, de la concurrence du moteur thermique, de l'évolution de la réglementation, de la taxe carbone, etc.

Donc beaucoup d'obstacles à franchir pour l'épanouissement de cette technologie.

Dans cette phase de transition les constructeurs traditionnels sont confrontés à la nécessité de produire à la fois des véhicules thermiques et des véhicules électriques, en apportant aux uns et aux autres les nécessaires perfectionnements imposés par le durcissement des normes mondiales fixant des limites de plus en plus drastiques aux émissions de CO2, d'Oxydes d'Azote, de particules fines, de nanoparticules, d'hydrocarbures imbrûlés, et autres si affinité.

Ce challenge leur coûte très cher et se complique de la difficulté de promouvoir auprès des clients l'une ou l'autre des deux technologies en utilisant des arguments neutres, donc inefficaces.

En effet, comment promouvoir l'électrique sans mettre en balance les défauts du thermique, et vice-versa ?

La tâche des responsables de la promotion exige une certaine dose de schizophrénie et beaucoup de savoir-faire.

Difficile de marcher avec deux béquilles de longueurs différentes.

Le changement de portage technologique dans l'automobile est un jeu qui se joue à plusieurs :

Les constructeurs bien sûr, les fabricants de batteries, mais aussi l'Etat (les états) à travers leurs politiques de soutien ou de taxation, la Commission Européenne à travers les réglementations antipollution et la limitation des émissions de CO2, la taxe carbone, les Chinois et les asiatiques en général dont les initiatives s'appuient sur un marché intérieur colossal, les cours des produits pétroliers, les tarifs de l'électricité, et les usagers futurs clients qui, jusqu'à présent, ont encore le droit de choisir l'une ou l'autre technologie (Mais peut-être plus pour longtemps).

Durant plus d'un siècle, trois générations d'automobilistes ont pu apprécier les voitures à moteur thermique et en ont fait un marqueur social à qui l'on demande de véhiculer une image de luxe et de puissance.

Le luxe pour madame, la puissance pour monsieur diront les cyniques, qui n'auront pas tout à fait tort.

Il n'est que de souligner les arguments mis en avant pour promouvoir tel modèle de haut de gamme, essentiellement la puissance et les accélérations, pour comprendre que ces critères ne sont pas près de changer puisqu'ils ont été repris pour les modèles électriques de prestige..

Le temps réalisé pour monter de 0 à 100 km/h est devenu LE critère de classement dans le top 10, la puissance et la vitesse max tenant lieu de faire-valoir pour soutenir ce délire.

Cette folie s'est étendue au bas de gamme, toutes proportions gardées bien entendu car il faut bien s'adapter à tous les budgets.

Le graphique suivant en donne un exemple.

Le graphique présente la relation qui lie la puissance max et la vitesse max pour un modèle donné équipé de différentes motorisations thermiques.

Il s'agit ici de la Peugeot 208 équipée des différentes versions du moteur à essence 3 cyl/ 1,2 PureTech.

Les données sont celles du constructeur.

A, B,C, D, correspondent aux quatre versions de la Peugeot 208 .

On vérifie que, pour les versions à moteurs thermiques, la relation en question est une droite en coordonnées semi-logarithmiques.

La Peugeot 208 est un petit modèle plutôt d'entrée de gamme, qui est un exemple de cette surenchère sur la puissance et donc la vitesse max.

Les moteurs (thermiques) proposés à partir d'une même base fournissent des puissances de 50 à 100 kW, soit de 68 à 136 CV, et permettent des vitesses max de 175 à 200 kmh !

Sur le même graphique le point E est relatif à la 208 électrique en version 100 kW ; on constate qu'il ne suit pas la relation de proportionnalité puissance-vitesse max, il s'agit pourtant de la même voiture, seule la technologie moteur est différente ; nous expliquons plus loin cette anomalie.

Le point F concerne la Renault ZOE version 100 kW, pour comparaison.

Le graphique montre que, pour rouler à 130 km/h sur le plat et à vitesse constante, une puissance de 24 kW suffit pour une 208. Une puissance moteur de l'ordre de 40 à 50 kW serait donc amplement suffisante pour un usage normal du véhicule y compris sur autoroute.

La version 208 de 50 kW ( environ 70 CV) serait donc objectivement suffisante, même sur autoroute, puisqu'elle autorise une vitesse max de 165 km/h.

Et ceci est également vrai pour la même voiture, équipée cette fois d'un moteur électrique.

Or la 208 électrique est équipée d'un moteur de 100 kW, c'est-à-dire le double de ce qui serait réellement nécessaire pour aller sur l'autoroute.

Elle pourrait donc faire jeu égal avec la 208 thermique de 100 kW, et rouler à 200 km/h !

Mais sa vitesse est limitée à 150 km/h.

Les modèles électriques e-208 et Renault ZOE, tous deux équipés de moteurs de 100 kW, sont volontairement bridés à 130 et 150 km/h à la fois pour éviter les surrégimes moteurs dus à l'absence de second rapport de transmission, et pour préserver l'autonomie du véhicule.

La différence de vitesse max annoncée, 130 pour la ZOE, 150 pour la e-208, tient en grande partie à la différence de conception des moteurs :

Le moteur Renault est équipé d'un rotor à induction, c'est-à-dire bobiné, qui doit donc être alimenté par des balais frottant sur des anneaux conducteurs solidaires du rotor. Cette technologie permet d'éviter les aimants permanents qui utilisent des terres rares, mais n'est pas favorables aux régimes élevés du moteur et génère davantage de pertes Joule et de pertes Fer.

Le moteur Peugeot utilise un rotor à aimants permanents, contenant des terres rares, ne nécessitant pas d'alimentation extérieure, et donc permettant des régimes moteur plus élevés.

Or c'est le régime max du moteur* qui limite la vitesse max de la voiture puisqu'il n'y a qu'un seul rapport dans les deux cas.

* également le rapport de transmission et le diamètre des roues, qui permet de trouver le bon compromis entre Couple de démarrage et Vitesse max.

L'adoption d'une boîte de vitesses à deux rapports sur les voitures électriques est évidemment possible ( Voir Porsche Taycan), mais au prix d'une forte augmentation du coût.

On peut penser néanmoins que cette option sera adoptée dans un futur proche, au moins sur les modèles prétendant aller sur autoroute.

Il n'aura échappé à personne, du moins il faut l'espérer, que la vitesse sur les routes ouvertes à la circulation, ne doit en aucun cas dépasser 130 km/h en France et dans la majorité des pays.

(L'exception allemande est une survivance menacée  dont la raison (?) d'être est d'offrir un terrain de jeu aux acheteurs des véhicules de prestige (?) fort lucratifs pour les constructeurs).

Ces vitesse max de 175 à 200 km/h annoncées dans le catalogue pour la 208, ne sont strictement que des arguments destinés à flatter l'égo du futur acheteur.

Mais elles sont flatteuses pour le futur acheteur, jeune ou moins jeune, pour qui la vitesse demeure valorisante, même s'il s'agit d'un sentiment irrationnel.

(Les publicitaires savent que 80% de nos comportements d'achats (et biens d'autres comportements hélas) sont irrationnels; leur « art » consiste à nous persuader du contraire, et ils y réussissent for bien).

Or les moyens techniques mis en œuvre pour construire ces véhicules surpuissants et garantir la sécurité à ce niveau de performances coûtent très cher et plombent le prix final.

(Le coût d'un véhicule conçu pour rouler en sécurité à 180 ou 200 km/h (?) est très supérieur à celui d'un véhicule limité à 130 : il faut assurer la rigidité de la caisse, l'amortissement, le freinage, la tenue de route, la résistance des pneumatiques, et bien entendu la mécanique moteur, boîte et transmission).

D'autre part, le graphique ci-dessus qui reprend les données constructeur de la 208 montre que, pour rouler à 130 km/h avec ce véhicule, il « suffit » d'une puissance de 24 kW, et non pas de 50 ou 100.

(Cette valeur de 24 kW à 130 km/h se retrouve d'ailleurs sur des voitures électriques de classe comparable, notamment la nouvelle ZOE à moteur R 135 de 100 kW, pour laquelle une consommation de plus de 20 kWh/100 km a été mesurée sur autoroute à cette allure).

Une voiture électrique, même d'entrée de gamme comme la ZOE, consommera donc près de 20 kWh aux cent km à vitesse de 130 kmh, sur le plat et sans climatisation.

Avec une batterie 50 kWh utiles, son autonomie pratique* sera donc limitée à 200 km, ce qui est très loin des quasiment 400 km revendiqués au catalogue en référence aux tests sous protocole WLTP.

* Pratique veut dire avec quatre personnes à bord, la clim et éventuellement les feux, et bien sûr sans récupération d'énergie au freinage, et en gardant 5 à 10% de réserve d'énergie pour éviter la panne sèche sur autoroute.

L'indication de la jauge batterie à zéro ne coïncide pas forcément avec la présence d'une station de recharge disponible à proximité, est-il bien nécessaire de le rappeler.

A titre indicatif et sans garantie, voici les consommations rapportées par le magazine « L'automobile » pour la nouvelle ZOE R 135 :

Ville : 22,8 kWh/100 km

Route : 26,6 kWh/100 km

Autoroute : 34,5 kWh/100 km

Notons que 34,5 kWh correspondent à 3,5 Litres de super, ce qui correspond à un rendement remarquable.

Les performances de la ZOE confirment donc l'intérêt de la solution électrique.

Elles confirment également hélas les insuffisances de la technologie actuelle des batteries de traction.

Même si le rendement est excellent, on ne va pas bien loin avec une batterie de 50 kWh en consommant 35 kWh aux cent km ...

La ZOE pourrait rouler plus vite ; il « suffirait » de la doter d'une boîte à deux rapports, et de renforcer le châssis, la suspension, les freins, l'amortissement, et deux ou trois autres choses.

Le moteur R 135 de 100 kW suffirait, car celui de la 208 thermique (1,2 PureTech turbo) n'est pas plus puissant.

Mais lâcher la bride d'une ZOE 100 kW pour lui permettre de rouler à 160 ou 180 km/h comme la 208 thermique réduirait considérablement son autonomie puisque la consommation dépasserait largement 35 kWh aux cent km (voir graphique).

On pourrait certes remplacer la batterie de 50 kWh par une 100 kWh, mais à supposer que la technologie actuelle (et le coût) le permettent, l'autonomie resterait très inférieure à celle de la 208.

La tentative de porter les performances autoroutières de la voiture électrique au niveau de celles des modèles thermiques équivalents se heurte donc à une impossibilité technologique puisqu'il faut choisir entre l'autonomie et la vitesse max.

Le moteur thermique offre à la fois l'autonomie et la vitesse max, avec une bonne marge de sécurité tant sur l'autonomie (plus de 700 km), que sur la vitesse ( 175 à 200 km/h).

Même si la vitesse est un critère subjectif, elle demeure un facteur valorisant.

La devise « Citius, Altius, Fortius » demeure le mot d'ordre de notre société, et il n'est pas près de changer.

Ce « plafond de verre » qui bloque le déploiement de la voiture électrique fait le lit de la voiture hybride rechargeable, qui est une fausse réponse à un vrai problème.

Rappelons que, sur autoroute, l'hybride est essentiellement une voiture à moteur thermique. Il serait dommage que le marché de la mobilité électrique prenne ce chemin de traverse qui nous ramènerait au moteur thermique, celui-là même qu'on prétendait éliminer !!

Cette guerre entre les deux technologies est à court terme préjudiciable à une croissance rapide des ventes de VE, mais elle peut aussi être bénéfique à long terme car elle encourage les efforts de recherche et développement sans remiser le moteur thermique au placard, lui conservant tout son intérêt pour l'époque (?) où les biocarburants de troisième génération seront disponibles.

(On les oublie un peu ceux-là, bien à tort).

Certains constructeurs historiques ont choisi le camp électrique (Volvo, Renault en Chine) et déclarent abandonner le thermique, d'autres annoncent déjà l'abandon du diesel, c'est un premier pas en attendant les annonces décisives d'une réglementation excluant le moteur thermique ( à l'horizon 2040 ?).

Quels que soient les engagements des états sur la réduction des émissions de CO2, des décisions drastiques devront être évitées pour préserver l'économie du secteur déjà durement touché par les événements récents; C'est donc une « realpolitik » qui sera appliquée, et des arrangements avec la réglementation devront être négociés pour ne pas éliminer brutalement certains véhicules qui constituent encore aujourd'hui l'essentiel de la production automobile.

Le recours au forcing pour promouvoir l'électrique à coup de subventions a des limites que nous avons déjà évoquées ; les largesses de Bercy devront être réservées au colmatage des dégâts économiques du covid 19.

On pouvait déjà s'attendre à un certain chamboule-tout dans le secteur auto ; l'arrivée du virus risque de précipiter les choses, les annonces de Renault ne sont que les prémices de cet aggiornamento qui ne fera pas que des heureux.

I

2 Mai 2020

Le marché de la voiture électrique moderne a démarré en 2011.

Après huit années de campagnes promotionnelles intenses, et malgré les incitations financières substantielles, les immatriculations annuelles de VE ne représentent encore que 2% du total des ventes de véhicules neufs particuliers en 2019 ( 42 000 sur 2 100 000).

On peut s'interroger sur les raisons de ce qui ressemble de plus en plus à un échec.

Il y a trois voies possibles pour imposer un nouveau produit :

-La voie d'une application ou d'une fonction nouvelle. Les exemples ne manquent pas : Télévision, magnétoscope, compact disc, appareil photo numérique, ordinateur, smartphone, TV numérique, écrans plats, drone, …

La voiture électrique ne correspond à aucune application ou fonction nouvelle.

Son objectif est de remplacer purement et simplement un produit existant, d'usage commun depuis déjà plus d'un siècle, et qui donne toutes satisfactions à l'usager.

(La très grande majorité des automobilistes n'est pas vraiment tourmentée par les émissions de CO2 et de Nox des voitures).

-La voie du « me too product », qui consiste à entrer sur un marché existant avec un produit à fonction équivalente.

Le succès n'est alors possible que si le nouveau produit apporte une ou des innovations significatives au niveau de l'usage (Sécurité, confort, performances) et/ou du coût global d'utilisation.

Le VE est plus cher, il apporte plutôt des grosses contraintes supplémentaires (Autonomie, recharge des batteries), et ses performances sont en retrait par rapport à un modèle thermique équivalent.

-La troisième voie consiste à s'appuyer sur le changement de l'environnement normatif, qui pénalise lourdement les produits existants, pour entrer sur le marché avec un produit assurant les mêmes fonctions, mais conforme aux nouvelles normes et donc avec un avantage décisif.

Dans l'automobile, les normes ont effectivement changé, mais sans effet majeur sur les constructeurs (jusqu'à présent), et surtout sans influence sur la disponibilité des carburants fossiles à l'origine du problème (La taxe carbone demeure un chiffon rouge censé dissuader les amateurs de pétrole, mais son application s'avère très difficile eu égard au montant déjà exorbitant des taxes actuelles).

Le VE apporte effectivement une solution radicale au problème, mais la persistance des produits « non conformes » aux nouvelles exigences écologiques constitue un frein à son succès.

Malgré les « merveilleuses » qualités du VE, et l'attrait d'une prime représentant près de la moitié du coût HT du véhicule, les usagers persistent à préférer les modèles classiques, au mépris des exhortations écologiques et des menaces de sanctions extrêmes contre les modèles thermiques.

(Il est quand même question d'interdire les moteurs thermiques à l'horizon 2040, et même plus tôt dans les agglomérations...).

A coup sûr, les deux gros défauts du VE, autonomie faible et fantaisiste et absence de charge rapide, pèsent très lourd dans la décision du client potentiel, qui préfère rester sur un concept classique dès lors que rien ne l'oblige à passer à l'électrique.

Dans le classement Crit'air tous les modèles thermiques à essence commercialisés à partir de 2011 sont classés en 1ere catégorie. Cette caution gouvernementale est sans appel !...

Ce tableau pris au pied de la lettre est celui d'un échec.

Mais un examen plus attentif conduit plutôt à un optimisme raisonnable.

Le graphique ci-dessous représente l'évolution des immatriculations annuelles de véhicules électriques à batterie depuis leur lancement en 2011.

Sur les neuf premières années la courbe de croissance est régulière et rectiligne en coordonnées semi-logarithmiques, ce qui est normal pour le lancement d'un nouveau produit sur un marché déjà occupé.

Malgré les problèmes d'autonomie, la faiblesse des réseaux de recharge, et la résistance de « l'ancien » marché des véhicules thermiques, le VE réalise un score qui démontre la validité du concept.

Avec un tel taux de croissance, une part de 50% des immatriculations nouvelles pourrait être atteinte dès 2035, mais cette croissance ne pourra se maintenir au rythme actuel que si les problèmes reconnus sont résolus.

Pour que l'autonomie soit comparable à celle des modèles thermiques, la barre des cinq-cent km réels devra être la norme, ce qui conduit à monter des batteries de 100 à 120 kWh.

Aujourd'hui le coût de telles batteries est exorbitant et incompatible avec le milieu de gamme. L'évolution dépendra de la technologie et des capacités d'industrialisation. Le marché est dominé par le Japon, la Corée, et la Chine, mais l'Europe aura son mot à dire si le programme « airbus des batteries » est mis en œuvre avec succès.

Quant au réseau de charge rapide, il existe à l'état embryonnaire dans une partie de l'Europe ; il devra être étendu à l'ensemble des territoires pour y garantir une mobilité non restrictive.

Désormais le problème n'est plus celui du véhicule électrique lui-même, mais celui des batteries et du réseau de charge.

La levée de ces verrous demandera un saut qualitatif dans le domaine des batteries, et un très gros effort participatif européen pour développer le réseau de charge rapide sans lequel le VE restera un véhicule d'usage local et/ou urbain.

Ce saut technologique et ces infrastructures dédiées ne suffiront pas à libérer le marché du VE ; il faudra également créer les conditions propres à détourner les usagers des carburants fossiles qui demeurent encore aujourd'hui maîtres du terrain.

Et ce dernier obstacle ne sera pas le plus facile à écarter.

La voiture n'est plus un luxe mais un outil indispensable ; un surcroît de taxes sur les carburants serait discriminatoire et pénalisante pour les petits budgets.

Des mesures contraignantes à l'encontre des voitures thermiques doivent avoir un caractère général pour être acceptées, et ne pas être appliquées à contre-temps.

A ces conditions seulement la belle croissance présentée sur le graphique pourra se réaliser.

Rétrofit électrique, quel avenir ?

11 Avril 2020

Le moteur thermique a du plomb dans l'aile.

Son rendement global est minable ; pour un besoin énergétique « à la roue » de 15 kWh/100 km, une voiture moyenne consomme environ 6 L/100 km, soit 60 kWh, correspondant à un rendement de 25%, ce qui est intolérable dans le contexte actuel de la transition écologique dont les idées forces sont la recherche de l'efficacité énergétique et la réduction des émissions de GES et de polluants associés à ce type de moteurs.

( En fait, la situation est encore pire si l'on considère l'énergie perdue au cours du processus d'extraction du pétrole, du transport, du raffinage et de la distribution).

L'éventuel remplacement du pétrole par des bio carburants permettrait certes de supprimer les émissions de CO2 fossile, mais ne changerait rien au rendement ni aux émissions polluantes.

La solution radicale est donc le remplacement du moteur thermique par un moteur électrique, dont le rendement intrinsèque est très élevé puisqu'il ne dépend que des pertes magnétiques et des pertes Joule, lesquelles sont perfectibles grâce au bon choix des matériaux et du design.

Cette solution n'est évidemment acceptable qu'à condition que l'électricité soit elle-même produite à partir de sources d'énergie renouvelables et non polluantes, ce qui exclut d'emblée les centrales thermiques à combustibles fossiles ou nucléaires au profit de l'hydroélectrique, de l'éolien, du solaire, du thermique à biomasse, et de la géothermie.

Mais le gros problème de la voiture électrique demeure le transport de la réserve énergétique d'électricité.

Aujourd'hui on ne connaît que deux procédés pour constituer cette réserve d'électricité à emporter : la batterie ou les bonbonnes d'Hydrogène associées à une PEMFC ( Proton Exchange Membrane Fuel Cell) plus connue sous le nom de « Pile à combustible ».

Le système à batterie existe depuis bien avant le moteur thermique, mais ce dernier fut généralisé à cause du haut pouvoir énergétique spécifique du pétrole et de sa facilité de manipulation à l'aide de bidons quelconques, alors que l'électricité ne disposait encore d'aucun réseau pour recharger les batteries d'alors, de technologie rudimentaire.

Durant tout le vingtième siècle les véhicules électriques à batterie furent cependant utilisés, mais pour des usages de flottes en réseaux locaux pouvant s'accommoder de l'autonomie réduite procurée par les batteries au Plomb.

Le XXIè siècle a vu des progrès considérables à la fois dans le domaine des moteurs électriques (Puissance spécifique, rendement, encombrement, poids) et des batteries ( NiMh, Lithium), qui ont permis de reconsidérer l'application voiture électrique de grande diffusion.

On sait ce qu'il en est aujourd'hui; ce marché se développe (doucement), mais se heurte aux obstacles constitués par la concurrence du pétrole encore triomphant, les problèmes de coût élevé d'une technologie en phase de croissance, et les problèmes récurrents d'autonomie et de réseau de charge des batteries.

Le succès final, ou l'échec, dépendra de la manière dont ces problèmes seront résolus.

L'autre procédé consiste à emporter un stock d'énergie sous forme d'Hydrogène comprimé dans des bonbonnes, pour restituer de l'énergie électrique grâce à une pile à Hydrogène embarquée.

Ceci n'a évidemment de sens que si l'Hydrogène est lui-même issu d'un procédé faisant appel à une source d'énergie renouvelable ( Electrolyse de l'eau par l'électricité verte).

Cet Hydrogène renouvelable n'est pas disponible aujourd'hui, il s'en faut de beaucoup ; la filière Hydrogène n'est encore qu'un projet qui ne prendra corps qu'au cours de la prochaine décennie.

Le procédé à pile à combustible n'est donc pas encore commercialisable à grande échelle. Les quelques véhicules observés ici et là ne sont encore que des démonstrateurs.

Par ailleurs la chaîne de production d'électricité passant par l'Hydrogène consomme elle-même beaucoup d'énergie, particulièrement au niveau de l'électrolyse et des piles à combustible, ce qui affecte le rendement global au point de se poser la question de l'efficacité énergétique du procédé.

Là aussi, le succès dépendra du développement de la filière Hydrogène.

Un des principaux avantages du système est quand même la possibilité de retrouver une grande autonomie et de refaire le plein d'Hydrogène en quelques minutes seulement.

Cette technologie est intrinsèquement beaucoup plus onéreuse que le système à simple batterie, ce qui constitue un handicap pour une diffusion à grande échelle dans des véhicules particuliers.

Néanmoins, et faute de mieux, elle constitue une alternative crédible au système à batterie.

Malgré les difficultés d'implantation de cette technologie électrique, à laquelle il manque toujours dix-neuf sous pour faire un franc, les états envisagent de la généraliser en pénalisant toujours plus le moteur thermique au risque de placer la profession dans une impasse si le thermique est rejeté par une réglementation trop sévère, et si dans le même temps l'électrique est rejeté car trop cher.

( Il existe une troisième voie qui exploiterait le moteur thermique remis au goût du jour, c'est le gaz distribué par le réseau et qui, à l'instar de l'électricité qui verdit au fil du temps, recevra des composantes décarbonées comme le biogaz déjà injectable, et l'Hydrogène de la filière du même nom ).

Les normes automobiles deviennent de plus en plus sévères sur les seuils d'émission de CO2 et de polluants ( Nox, particules, etc) des moteurs thermiques. Les constructeurs sont tenus de respecter ces limites, ce qu'ils s'efforcent de faire au moins dans le cadre de l'homologation des nouveaux modèles, les anciens modèles étant poussés vers la sortie par le classement genre « Crit'air » qui pénalise des véhicules encore en parfait état de marche.

Mais cette course à l'échalote a rencontré ses limites avec le nouveau protocole d'homologation WLTP. Désormais seuls les véhicules électrifiés ou en partie électrifiés, et les plus petits véhicules thermiques, peuvent satisfaire les dernières normes, dans le cadre des nouveaux tests d'homologation. Mais hors du contexte d'homologation les limites restent largement dépassées, ce qui conduit à une situation réelle inacceptable face à une pollution et à des émissions de CO2 toujours croissantes.

Contre ces abus, certaines collectivités urbaines envisagent purement et simplement d'interdire les véhicules thermiques sur leur territoire, et certains pays, dont la France, annoncent la même interdiction pour 2040, voire plus tôt.

Certes, les récents événements retarderont probablement l'application de telles décisions radicales, mais l'idée est dans l'air.Le jour n'est plus très éloigné où il deviendra de plus en plus difficile de rouler avec un moteur thermique en agglomération et en zone sub urbaine.

Rouler électrique ne serait alors plus seulement un geste écologique, mais une condition sine qua non d'accès aux voies publiques.

Or les usagers citoyens ne sont pas prêts à passer à l'électrique :

Le parc de véhicules particulier (VP) français atteint environ 35 millions d'unités, dont la quasi totalité est équipée de moteurs thermiques. L'âge moyen de ces VP est de 7,5 ans, le renouvellement du parc s'effectue sur 15 ans environ, par l'injection de 2,2 millions de voitures neuves annuellement.

Si toutes ces voitures neuves étaient électriques, le parc serait complètement électrifié en 2035 environ.

Nous en sommes évidemment très loin puisque les ventes de voitures électriques neuves ne représentent encore que 2% du total ( 45 000 VP en 2019), malgré dix ans de politique promotionnelle effrénée et les aides financières très substantielles consenties.

Ce manque d'enthousiasme pour cette nouvelle technologie est lié d'une part au coût de ces véhicules, mais aussi à leur faible autonomie, et surtout à l'absence d'un réseau de recharge rapide.

On a vu que la prime à l'achat d'un VE n'a pas suffit à provoquer la ruée dans les concessions. De plus elle ne correspond à aucun modèle économique et ne peut donc pas être systématisée sur des grands volumes .

( 6 000 euros pour 50 000 voitures, c'est 300 millions, mais sur 2,2 millions de voitures, c'est 13 Milliards!!! cherchez l'erreur...

D'autre part, tenter de forcer la main aux acheteurs en pénalisant le coût des carburants pétroliers est absurde puisqu' une taxe carbone élevée n'améliorera pas l'autonomie des VE et ne créera pas le réseau de charge rapide attendu.

Dans ce contexte, une décision prématurée visant à interdire purement et simplement les véhicules thermiques en zones urbaines, puis péri urbaines, aurait des conséquences économiques inacceptables si elle n'était précédée d'un vaste plan de travaux d'aménagements des territoires prévus pour devenir des ZFE (Zones à Faibles Emissions), notamment sur les transports collectifs non polluants, les pistes cyclables, les trains régionaux, les parkings périphériques, les zones de covoiturage, etc. 

L'idée de devoir envoyer à la casse des véhicules encore en bon état de marche est un non sens écologique, en contradiction absolue avec la démarche de lutte contre l'obsolescence programmée et contre le concept du « jetable ».

Pour contrer cette menace, certains ont eu l'idée de prolonger l'existence des véhicules thermiques en remplaçant le moteur thermique par un moteur électrique associé à une batterie, voire même à une pile à Hydrogène.Mais l'opération s'avère un peu plus compliquée qu'un simple bricolage.

Tout véhicule à moteur destiné à emprunter le réseau de voies publiques doit faire l'objet d'une homologation avant de pouvoir être mis en circulation.

Compte tenu de l'importance, de la complexité, et de la sévérité des normes à respecter pour obtenir l'homologation, le bricoleur du Dimanche et l'artisan même qualifié sont à priori écartés.

D'autre part, la complexité et le coût de cette démarche écarte à priori le cas des véhicules uniques du type « pièce de musée » et n'a d'intérêt que pour des productions de série applicables sur des modèles thermiques de grande diffusion.

Contrairement à d'autres pays européens, la réglementation française dissuadait jusqu'à présent ce genre de modification en exigeant une homologation pour chaque véhicule.

Mais une nouvelle réglementation, valable depuis Avril 2020, assouplit cette règle est ouvre dès lors de plus larges possibilités en permettant l'homologation d'un modèle et non plus de chaque véhicule, pourvu évidemment que les véhicules soient conformes au modèle homologué.

D'autre part le « kit » de modification doit bien entendu être lui-même homologué par le constructeur du modèle en question.

Au-delà de la réglementation contraignante, nécessaire au plan de la sécurité, l'obstacle du coût risque d'être encore plus dissuasif.

En effet, un « rétrofit électrique» nécessite de nombreux travaux sur le véhicule, et pas seulement au niveau de l'adaptation moteur.

Selon la batterie choisie ( Poids, technologie, capacité, gamme de température, performances …) il faudra installer un container sécurisé et protégé contre les chocs selon les normes, prévoir ou non une ventilation et/ou un refroidissement, des gaines de protection pour le passage des câbles, un emplacement pour le BMS (Battery Management System), le système de recharge, le câble ad-hoc avec là ou les prises de raccordement, les trappes de visites.

Ne pas oublier bien sûr le système de sécurité propre aux éventuelles batteries Lithium, avec la poignée d'urgence en cas d'accident.

Dans une voiture thermique le chauffage de l'habitacle est assuré par la chaleur dégagée par le moteur. Cette chaleur n'existe pas avec un moteur électrique (!), il faudra donc prévoir un système de chauffage spécial en complément du reste, ou mettre une doudoune en hiver.

La climatisation existante est conçu pour un bloc moteur thermique avec son alternateur et ses courroies d'entraînement. Tout ceci devra être remplacé par un dispositif conçu pour le nouveau concept, notamment concernant la consommation d'électricité, ou bien se passer de climatisation.

Si la direction n'est pas électrique, elle devra être remplacée par un modèle ad-hoc, de même que la centrale de freinage.

La masse du véhicule ne devra pas dépasser celle du véhicule d'origine de plus de 20% (Attention au poids des batteries), et la répartition de cette masse devra être respectée.

Selon l'augmentation de la masse la suspension devra être modifiée.

Le freinage devra être revu si l'augmentation de masse, même dans les limites de 20%, l'exige.

Les systèmes de dégivrage de lunette AR et de pare-brise devront être remplacés par des dispositifs moins gourmands en énergie, voire supprimés.

Et bien sûr les indicateurs de tableau de bord et les logiciels associés, conçus pour la motorisation thermique, devront être remplacés par leurs correspondants pour le moteur électrique et le gestionnaire de batterie.

Toutes ces modifications entraîneront un coût qui viendra s'ajouter au coût de la batterie déjà important s'agissant d'un marché de faibles quantités par rapport aux volumes négociés par les grands constructeurs.

De plus, il n'est pas sûr que l'entretien et la maintenance de ces véhicules soient convenablement pris en charge par le réseau, notamment pour la garantie, et que la disponibilité des pièces détachées soit assurée comme pour les modèles des grands constructeurs.

Une telle opération chirurgicale, si elle est complète, coûtera très cher.

Même si le but n'est pas d'économiser de l'argent mais de faire un geste écologique, il semble difficile de créer ce marché en l'absence de prime de l'Etat ou de la Région. Ce point n'est pas très clair aujourd'hui, sauf exception comme à Grenoble.

Quoi qu'il en soit, ce nouveau marché ne pourra pas s'inscrire dans la pérennité, puisqu'il prendra fin lorsque le stock de « vieilles » voitures thermiques éligibles sera épuisé, lequel stock est aujourd'hui impossible à évaluer sauf à prendre ses désirs pour des réalités.

Les voitures thermiques éligibles sont celles dont l'âge est compris entre cinq ans (de par le décret d'application) et dix ans (raisonnablement) ; dans cette fourchette, seuls les modèles dont le rétrofit aura été validé par le constructeur original seront concernés, et pour lesquels il existe au moins un industriel proposant un tel kit lui-même homologué.

Il s'agit donc d'un marché de niche, dont il ne faut pas espérer une baisse des coûts significative, mais qui peut être un bon filon à exploiter pour une ou deux décennies.

L'électricité demain, ou après-demain...

18 Mars 2020

Il est donc entendu que tôt ou tard l'essentiel de notre électricité sera produite par une multitude de « petits » générateurs utilisant des sources d'énergie renouvelable : éoliennes, panneaux solaires, petites turbines hydrauliques, petites unités thermoélectriques à biogaz ou biomasse, qui viendront compléter l'apport des grands barrages et des STEP associées pour le stockage de compensation.

Le système actuel est issu de la Loi de 1946 sur la nationalisation des entreprises de production, de transport, et de distribution de l'électricité.

EDF devenait un Etablissement public.

Dès 1945 le CEA (Commissariat à l'Energie Atomique) était créé, ouvrant la voie au programme de centrales nucléaires qui nous a conduits à la situation actuelle.

La technologie électronucléaire ne supporte pas la dissémination, pas plus hier qu'aujourd'hui. Le parc nucléaire fut donc conçu sur la base d'un petit nombre d'installations de puissances individuelles élevées.

Ce parc se compose de 19 centrales regroupant chacune plusieurs réacteurs de très forte puissance.

( 900 MW pour les premiers réacteurs commerciaux, jusqu'à 1 400 MW pour les dernières versions en service, et 1 650 MW pour la version EPR prévue à l'origine pour remplacer les centrales vieillissantes).

Il fut complété par des centrales thermiques utilisant des combustibles fossiles, et par un parc de centrales hydrauliques.

L'électronucléaire, nettement majoritaire, fournir encore 75% de notre énergie électrique.

Ce concept fortement centralisé, prévu pour ajuster la production à la demande grâce à des centrales pilotables, n'est plus compatible avec les exigences et les contraintes nées de la transition énergétique.

Alors que des installations utilisant des combustibles fossiles ou nucléaires ont une emprise territoriale faible de quelques dizaines d'hectares, leurs homologues utilisant le rayonnement solaire ou l'énergie du vent sont très gourmandes en superficie, ce qui impose de les disperser pour des raisons d'acceptabilité.

Il faut 600 grandes éoliennes de 8 MW pour produire autant d'électricité qu'une centrale comportant deux réacteurs de 1 400 MW. Encore fait-il préciser que ces turbines énormes et puissantes sont réservées à l'offshore, les turbines terrestres doivent se contenter de 2 ou 3 MW qui sont la limite d'acceptation.

Les centrales thermiques ( à Uranium ou avec des fossiles) sont « pilotables », leur production est en permanence ajustée à la demande des consommateurs.

Il en ira différemment avec l'éolien et le solaire.

Le vent est capricieux et le Soleil ne brille pas la nuit, la production électrique sera donc intermittente ( prévisible, mais intermittente). Pour éviter des délestages sur le réseau il faudra impérativement disposer d'installations de stockage d'énergie.

Qu'il s'agisse de stockage hydraulique (Stations de pompage) ou sur batteries, ou tout autre dispositif, il faudra également disperser les installations pour éviter le gigantisme.

Le gaz naturel fossile sera remplacé par du biogaz, lequel sera majoritairement produit localement à partie des déchets de l'agriculture et des industries de transformation, et aura vocation à produire de l'électricité et/ou de la chaleur qui sera distribuée sur place car la chaleur ne se transporte pas sur de longues distances.

Avec les technologies éolienne et solaire photovoltaïque, qui ne présentent aucun des caractères de dangerosité du nucléaire, il est possible de réaliser des installations de taille « humaine » économiquement viables et adaptées aux besoins d'un territoire particulier.

Il devient ainsi possible de fabriquer une électricité qui sera consommée sur place, comme tout autre produit ou service pouvant être cultivé ou fabriqué localement.

Ce qui est aujourd'hui réalisé avec les produits de la terre et de l'élevage devient possible avec l'électricité.

Tout cela converge vers un nouveau concept basé sur une production locale de l'énergie sous des formes diverses selon les prédispositions du territoire concerné, et regroupant sous forme de « clusters » les besoins des usagers particuliers et professionnels.

Des exemples existent déjà sous forme de coopératives pour exploiter soit un mini parc éolien, soit une petite centrale hydroélectrique, avec un niveau d'autoconsommation variable.

Le degré d'autosuffisance de ces clusters sera variable selon le degré de développement et le choix des clients actionnaires, et dépendra du tarif proposé par le gestionnaire du réseau national, si toutefois il existe encore...

Quel serait le rôle du réseau national de distribution ?

Conçu à l'origine pour distribuer la totalité de l'énergie électrique depuis quelques grosses centrales vers les 35 millions de clients, le réseau fut bâti sur une structure arborescente monodirectionnelle.

Un seul réseau, une seule entreprise, le tout régi par les règles du service public de l'électricité.

Aujourd'hui ce schéma vole en éclats.

L'Entreprise unique d'Etat est devenue Société Anonyme ; certes l'Etat y est encore actionnaire largement majoritaire, mais déjà se dessine le projet de séparation des activités électronucléaires qui seraient prises en charge par l'Etat d'une part, des autres activités ( essentiellement électricité renouvelable) qui seraient gérées par une SA sur le marché ouvert.

(Voir projet hercule).

Par ailleurs le quasi monopole de EDF a déjà disparu depuis l'ouverture du marché de l'électricité à la concurrence, et plus de trente fournisseurs alternatifs se partagent le marché français, certains étant à la fois fabricants d'électricité et fournisseurs, d'autres seulement fabricants, et d'autres seulement fournisseurs.

Dans le même temps la puissance de EDF s'est vue sapée par le dispositif ARENH qui l'oblige à céder à la concurrence le quart de sa production électronucléaire à un prix de braderie.

D'autre part de nombreux particuliers fabriquent de l'électricité, essentiellement photovoltaïque, pour l'injecter dans le réseau ou pour pratiquer l'autoconsommation.

Cet éclatement du système de production ne peut que se développer, avec un basculement vers les renouvelables incluant le solaire photovoltaïque, l'éolien terrestre, le petit éolien, et le thermique à biogaz et biomasse solide.

Mais pour que ce système à acteurs multiples puisse fonctionner avec la rigueur et la fiabilité nécessaire, il est indispensable de redéfinir les règles du service public de l'électricité.

La qualité de l'électricité fournie doit respecter tous les paramètres tels qu'ils sont en vigueur aujourd'hui, ce qui n'est possible que grâce à un coordinateur au niveau national ayant pouvoir de gérer les échanges inter-régionaux mais aussi les échanges transfrontaliers, de contrôler le système des garanties de capacités, et de veiller au bon fonctionnement du réglage système.

Pour que le réseau de distribution électrique ne devienne pas une jungle ingouvernable génératrice de dysfonctionnements intolérables, une entité à caractère national restera donc nécessaire, ce qui laisse du grain à moudre pour prendre le relais de EDF en assurant les fonctions aujourd'hui prises en charge par RTE et ENEDIS, avec peut-être en plus la gestion des grands barrages, des parcs éoliens offshore, des STEP, et pourquoi pas de quelques centrales solaires héliothermodynamiques .

A moins que quelques compagnies étrangères ne profitent de la situation actuelle, quelque peu chaotique, pour prendre quelques parts du gâteau...

Le réseau électrique de demain devra être non seulement « intelligent », mais aussi quelque peu autoritaire...

24 Février2010

Enfin des actes, il y aurait donc une cellule de décision en haut, il ne faut jamais désespérer.

Mais, pour tempérer l'enthousiasme des pourfendeurs du nucléaire, il faut préciser que l'arrêt de la vieille centrale nucléaire n'a rien à voir avec la promesse de réduire la part de l'électronucléaire dans le mix énergétique.

En fait, cette vieille centrale (42 ans d'exploitation) n'est plus en état de remplir les conditions de sûreté exigées par les nouvelles règles post-Fukushima.

Sa mise en conformité aurait coûté extrêmement cher, sans garantir l'élimination du risque de pollution de la nappe phréatique d'Alsace en cas de rupture de cuve avec fuite de corium.

L'euthanasie était donc inévitable, mais elle ne sera pas sans douleurs, les médias s'en font déjà l'écho.

Nos voisins allemands, qui réclament cet arrêt depuis longtemps, se réjouiront, tandis que côté français c'est un site industriel qui disparaît, avec ses emplois et l'activité tertiaire associée.

(Un emploi industriel génère cinq ou six emplois dans le tertiaire).

Cette vénérable installation était tout de même encore capable de fournir annuellement une quantité d'énergie de 8,4 TWh en 2016, pour une puissance installée de 1,8 GW.

Ceci correspond à un facteur de charge de 53%, qui traduit son grand âge et la nécessité de soins attentifs et constants.

(La moyenne des facteurs de charge est entre 0,8 et 0,9, cette dernière valeur étant le saint Graal difficilement atteignable sur la durée).

8,4 TWh, ce n'est pas rien ; c'est pratiquement la quantité d'énergie que pourra fournir l'ensemble des six parcs éoliens offshore de la côte atlantique, dont l'ouverture des chantiers vient à peine de recevoir le feu vert, pour un début de production dans deux ou trois ans pour les premiers parcs.

( 6 parcs de 500 MW chacun, soit 3 GW de puissance installée. La production d'énergie dépendra de la force des vents).

8,4 TWh, c'est 1,8 % de la production totale du parc nucléaire.

Cette baisse de capacité ne mettra pas en péril la production électronucléaire, grâce à une plus grande disponibilité des 56 réacteurs restants rendue possible par l'achèvement des travaux « post Fukushima » destinés à mettre les installations en conformité avec les nouvelles règles de sûreté.

Et en cas de besoin il sera toujours possible de recourir aux centrales thermiques existantes, ou d'importer un appoint d'énergie.

( La production actuelle hydroélectrique, éolienne, et solaire PV étant déjà utilisée au mieux des possibilités d'exploitation).

Les règles instituées par l'ASN imposent de démarrer les travaux de démantèlement immédiatement après l'arrêt définitif, pour la raison évidente que le personnel qualifié sur cette centrale est encore présent et pourra apporter son expertise au cours des travaux.

Les travaux de démantèlement « au niveau de l'herbe » peuvent durer une vingtaine d'année et leur coût, incluant le traitement et le stockage des déchets, sera important sans pour autant être compensé par un chiffre d'affaire puisque rien ne sera fabriqué, il s'agira d'une perte sèche du point de vue industriel, pertes que les provisions ne compenseront pas forcément car le vrai coût d'un démantèlement est inconnu.

Il était prévu de n'arrêter Fessenheim que lorsque l'EPR de Flamanville entrerait en production, ce qui se produira au mieux fin 2022 selon les dernières annonces de EDF.

La raison du changement de calendrier est inconnue.

Les mauvaises langues parlent d'élections prochaines, mais ces rumeurs ne sont pas fondées...

Que va-t-il se passer ensuite ?

Le paquet Fessenheim est accompagné d'un bonus, la promesse d'arrêter 12 autres réacteurs également entrés dans l'âge canonique.

Ces douze réacteurs de 900 MW produisent annuellement environ 50 TWh pour un facteur de charge moyen relativement faible de 55 %.

Là c'est une autre paire de manches ; il s'agit d'une baisse de production de 11,5 % , qui ne pourra pas être compensée par les moyens simples précédemment décrits. Il faudra impérativement trouver ailleurs les 50 TWh de base manquants, et les 11 GW de puissance qui feront défaut lors des pics de consommation.

(N'oublions pas qu'un outil de production électrique doit non seulement fournir la quantité d'énergie demandée, mais aussi la puissance nécessaire lors des pics de consommation. Ce paramètre est souvent « oublié » dans les évaluations).

C'est pourquoi la date d'exécution de cette sentence a été prudemment fixée à 2035, autant dire aux calendes grecques en langage codé.

Ce qui laisse aux imaginations débridées des prévisionnistes le temps de proposer des scénarios divers :

Les visionnaires postulent l'aboutissement du projet ITER, voire même des générateurs exploitant la fusion froide, toutes choses qu'il vaut mieux oublier, du moins pour 2035. A revoir au prochain siècle.

Les écologistes fondent leurs espoirs sur le principe de parcimonie ; l'énergie ne doit être qu'un pis-aller, la société de consommation a vécu, la France gaspille 500 TWh, alors que 50 TWh suffiraient, ya-ka économiser.

Nous voilà habillés pour les quinze prochaines années ; retenons la nécessité d'économiser l'énergie électrique, évitons donc d'acheter des voitures électriques et renonçons aux pompes à chaleur...Oui, c'est idiot, mais il en est ainsi de toutes les préconisations à l'emporte-pièce.

Les pragmatiques, attachés au principe de réalité, ne souhaitent pas jeter le bébé avec l'eau du bain, admettent qu'il faut économiser les ressources, mais ne souhaitent pas revenir au moyen-âge. Considèrent qu'en matière de transition énergétique rien de sérieux ne pourra être fait sans des changements profonds, très profonds, de nos modes de vie et même de nos structures sociales. Pour cela quinze ans ne suffiront pas, il faudra le siècle entier avec des pleurs et des grincements de dents. Proposent une stratégie des petits pas pour ne pas renverser la table.

Les énergéticiens, du moins ceux qui ont les mains dans le cambouis, suggèrent d'évoluer dans la continuité et de capitaliser sur les compétences acquises ; en clair, avant de songer à remplacer les fossiles et le nucléaire, il faut d'abord forcer sur l'éolien, le solaire thermique et photovoltaïque, le stockage d'énergie, la filière Hydrogène, la biomasse, le biogaz, l'hydraulique, grâce à un programme pluriannuel sur vingt ans, au terme duquel il sera possible de faire un bilan sérieux et d'imaginer un avenir sur des bases concrètes.

Le débat reste donc ouvert, et il risque de le rester longtemps.

Quelle que sera la ou les solutions mises en œuvre, il faudra investir beaucoup d'argent.

Au siècle dernier, lors de la construction du parc électronucléaire, la dette de l'Etat était au niveau de 20% du PIB. En 2018 elle atteignait 110% du PIB, soit 2 200 Milliards.

Dans ces conditions il est totalement illusoire d'attendre de l'Etat le financement, même partiel, d'une politique de grands travaux .

L'accumulation de plans, de colloques, de débats, de raouts internationaux, de consultations des citoyens, ne mène à rien de concret sinon à des des manœuvres d'évitement qui permettent de gagner du temps afin de laisser à d'autres, plus tard, les décisions déchirantes.

Face à cet abîme d'incertitudes, l'arrêt de Fessenheim est une décision de forme qui ne préjuge rien sur le fond.

Nous ne sommes, hélas, pas plus avancés qu'avant.