Dans une étude publiée le 20 juillet 2021, l’ONG indépendante à but non lucratif International Council on Clean Transportation (ICCT) a dévoilé les résultats d’une analyse du cycle de vie (ACV) des émissions de gaz à effet de serre des véhicules particuliers (VP).
Cette étude compare plusieurs types de groupes motopropulseurs en fonction de leur source d’énergie. De plus, elle estime quelles seront les émissions des VP qui devraient être immatriculées en 2030 en fonction des objectifs politiques. L’objectif : identifier les technologies permettant une réduction importante du potentiel de réchauffement planétaire sur 100 ans, alors que l’Accord de Paris a fixé pour objectif de contenir le réchauffement climatique à moins de 2° C d’ici 2100.
Une analyse du cycle de vie en conditions réelles de conduite
En pratique, Georg Bieker, chercheur à l’ICCT et auteur de l’étude, s’est penché sur les quatre principaux marchés automobiles mondiaux concernant les ventes de VP neufs, à savoir la Chine, l’Europe, l’Inde et les États-Unis.
Pour chaque marché, l’analyse se base sur les caractéristiques moyennes des véhicules pondérées par les ventes dans les segments de marché les plus représentatifs (inférieur, moyen-inférieur et SUV). Elle « tient compte de la consommation de carburant et d’électricité dans des conditions de conduite réelles », précise l’ICCT, ainsi que de l’évolution du mix énergétique sur la durée de vie des véhicules.
Une réduction des émissions plus élevée avec les BEV et FCEV
Source : A global comparison of the life-cycle greenhouse gas emissions of combustion engine and electric passenger cars, ICCT
Bilan : en 2021, seules les émissions de gaz à effet de serre (GES) sur le cycle de vie des véhicules particuliers électriques à batterie (BEV) et à pile à combustible hydrogène (FCEV) sont significativement inférieures à celles des VP essence et diesel (- 20 % à – 69 % selon les régions). Et ce d’autant plus si l’énergie utilisée est d’origine renouvelable (jusqu’à – 80 %). Et ces écarts devraient se creuser en 2030.
En comparaison, la réduction des émissions reste limitée avec les VP hybrides non rechargeables (- 20 %). Les VP hybrides rechargeables s’en sortent mieux (- 6 % à – 46 % selon les régions). En revanche, les VP roulant au gaz naturel comprimé (GNC) émettent autant, voire plus que leurs équivalents essence et diesel. Enfin, le recours aux biocarburants apporte au mieux une réduction de 9 % des émissions sur le cycle de vie des VP essence, diesel ou GNV, faute d’une production suffisante et à un coût abordable de biocarburants à faible teneur en carbone.
« Il n’existe pas de voie réaliste pour une décarbonation profonde des véhicules à moteur à combustion », explique l’ICCT. Pour s’aligner sur les objectifs de l’accord de Paris, « l’immatriculation de nouveaux véhicules à moteur à combustion devrait être progressivement abandonnée entre 2030 et 2035, en conclut l’organisme. L’hybridation peut être utilisée pour réduire la consommation de carburant des nouveaux véhicules à moteur à combustion interne immatriculés au cours de la prochaine décennie, mais ni les HEV ni les PHEV n’offrent l’ampleur de la réduction des émissions de GES, nécessaire à long terme. »
ICEV : des émissions supérieures à 226 g/km
Pour mieux comprendre ces conclusions, nous nous sommes intéressés de plus près aux analyses pour l’Europe (Royaume-Uni inclus).
Source : A global comparison of the life-cycle greenhouse gas emissions of combustion engine and electric passenger cars, ICCT
Ainsi en Europe, en 2021, les émissions de GES d’un véhicule moyen équipé d’un moteur à combustion interne (ICEV) sont relativement élevées, avec des valeurs similaires en essence et en diesel. Un ICEV du segment inférieur émet entre 226 et 227 g/km (équivalent CO2). Ces taux passent à 245-246 g/km sur le segment moyen inférieur et à 266-288 g/km sur le segment SUV. Notez que les valeurs d’émissions à l’échappement mesurées selon la norme WLTP représentent environ la moitié des émissions de GES sur le cycle de vie.
HEV et PHEV : une réduction limitée
En comparaison, les émissions des véhicules hybrides non rechargeables (HEV) essence s’élèvent à 193 g/km pour un modèle du segment moyen-inférieur et à 218 g/km pour un SUV, soit 20 % de moins qu’un ICEV comparable.
Le taux d’émissions des véhicules hybrides rechargeables (PHEV) varie quant à lui selon le mode de conduite. Utilisé uniquement en mode d’épuisement de la charge (CD) – c’est-à-dire pour parcourir de courtes distances et avec une batterie chargée en début de trajet –, un PHEV du segment moyen-inférieur émet 142-148 g/km (BMW 225xe) et un SUV, 118-126 g/km (Mitsubishi Outlander). En revanche, les émissions grimpent si le véhicule roule en mode maintien de la charge (CS), soit uniquement à l’aide du moteur à combustion : 262 g/km pour le segment moyen-supérieur et 289 g/km pour le segment SUV, soit plus que des ICEV comparables.
En pratique, l’étude estime à respectivement 69 % et 63 % la part de conduite en mode CD. En conséquence, le taux d’émissions atteint 180-184 g/km pour le segment moyen-inférieur et 182-187 g/km pour le segment SUV, soit – 25 % et – 31% comparé à un ICEV.
BEV : – 63 % à – 69 % d’émissions comparé aux ICEV
Les véhicules électriques à batterie (BEV) présentent de bien meilleurs résultats. Leurs émissions de GES sur le cycle de vie sont entre 63 % et 69 % inférieures à celles des ICEV. Elles s’élèvent à 77-84 g/km pour le segment inférieur, 76-83 g/km pour le segment moyen-inférieur et 82-90 g/km pour le segment SUV. Les valeurs basses correspondent au « scénario de développement durable » (SDS) et les valeurs hautes au « scénario politiques affichées » (STEPS) de l’agence internationale de l’énergie (IEA).
Les émissions des BEV varient toutefois en fonction de la composition de l’électricité. À titre d’exemple, sur le segment moyen-inférieur, les émissions sont plus élevées en Allemagne (104 g/km) qu’en Espagne (64 g/km). Et si le BEV est uniquement alimenté par de l’électricité d’origine renouvelable, ses émissions chutent à 47-51 g/km, soit entre – 76 % et – 81 % comparé à un ICEV.
FCEV : attention à la production d’hydrogène
De même, un VP électrique à pile à combustible (FCEV), lorsqu’il est alimenté par de l’hydrogène issu uniquement d’électricité d’origine renouvelable, est peu émetteur sur son cycle de vie. Ses émissions s’élèvent à 58 g/km pour le segment moyen-inférieur et 64 g/km pour le segment SUV. Cependant, le taux grimpe si l’on utilise le mix électrique du réseau européen. Il atteint par exemple entre 137 g/km (SDS) et 156 g/km (STEPS) pour le segment moyen-inférieur, soit deux fois plus qu’un BEV.
En effet, la production d’hydrogène par électrolyse entraîne une perte d’énergie. Avec une efficacité énergétique estimée à 70 %, l’étude tient compte d’une perte de 43 MJ pour chaque MJ d’hydrogène produit, sans oublier la perte supplémentaire de 0,25 MJ lors de la compression.
Résultat : il faut 201 MJ d’électricité pour produire 1 kg d’hydrogène (120 MJ) et alimenter un FCEV sur 100 km. En comparaison, un BEV du segment moyen-inférieur consomme seulement 74,2 MJ d’électricité (20,6 kWh) pour 100 km, en tenant compte des pertes de charge, soit près de trois fois moins (- 63 %).
Hydrogène gris : un peu mieux que l’essence
Enfin, dans le cas où l’hydrogène est produit par reformage du gaz naturel (« hydrogène gris »), les émissions du véhicule sont similaires à celle d’un véhicule GNC, à 181 g/km sur le segment moyen-inférieur et 211 g/km sur le segment SUV, soit entre – 21 % et – 26 % comparé à un ICEV.
Toutefois, les émissions grimpent si l’on tient compte du potentiel de réchauffement à court terme du gaz naturel – le méthane contribuant bien plus au réchauffement planétaire au cours des vingt premières années suivant son émission. Les taux passent à 203 g/km pour le segment moyen-inférieur et 238 g/km pour le segment SUV, soit seulement entre – 11 % et – 17 % par rapport à un ICEV.
Le bilan s’allège lorsqu’une partie des émissions de CO2 provenant du reformage est compensée par un procédé de capture et de stockage du carbone (CCS). Les émissions redescendent alors à 79 g/km pour un FCEV du segment moyen inférieur, soit – 68 % par rapport à un ICEV (101 g/km en tenant compte du potentiel de réchauffement du gaz naturel à court terme, soit – 59 %).
GNC : pas d’avantage à court terme
Il reste maintenant les alternatives au diesel et à l’essence autres que l’électrification. Un VP moyen roulant au gaz naturel comprimé (GNC) émet 196 g/km sur le segment inférieur, 218 g/km sur le segment moyen-inférieur et 216 g/km sur le segment SUV, soit entre – 11 % et – 19 % comparé à un ICEV.
Là encore, les taux augmentent en tenant compte du potentiel de réchauffement du gaz naturel à court terme. Un modèle GNC émet alors entre 228 et 254 g/km, soit l’équivalent d’un ICEV. « Si l’on tient compte des effets climatiques à court terme, les voitures à GNC ne présentent pas d’avantage en termes d’émissions de GES », juge l’ICCT.
Biocarburants : peu d’influence sur les émissions
En parallèle, le recours aux biocarburants n’aurait qu’une faible influence sur les émissions totales de GES des ICEV et pourrait même les augmenter. À titre d’exemple, la production et la combustion d’éthanol entraînent l’émission de 73 g éqCO2/MJ, soit 22 % de moins que l’essence (93 g/MJ). « En conséquence, la part de 5 % d’éthanol dans le mélange moyen d’essence (E5) ne réduit les émissions de GES que de 2 % », indique l’ICCT. L’organisme n’évoque pas l’E10 ou l’E85.
Par ailleurs, le mélange diesel moyen – qui contient 7 % de biodiesel et d’huiles végétales hydro-traitées (HVO) – émet 98 g/MJ sur son cycle de vie, soit 2 % de plus que le diesel fossile (95 g/MJ). En cause : le recours à de l’huile de palme et de l’huile de colza, dont les seules émissions de production atteignent respectivement 266-267 g/MJ et 116-117 g/MJ, en incluant l’impact des changements indirects d’affectation des sols.
Et en 2030 ?
Selon l’étude, la situation ne devrait pas beaucoup évoluer d’ici 2030. Les émissions des ICEV ne diminueront que de 2 % pour atteindre à 220-222 g/km sur le segment inférieur, 239-241 g /km sur le segment moyen-inférieur et 261-281 g/km sur le segment SUV. Idem pour celles des véhicules GNC dont les émissions s’élèveront à respectivement 191 g/km, 213 g/km et 211 g/km sur les différents segments (entre 224 et 250 g/km en tenant compte du potentiel de réchauffement du méthane à court terme).
De leur côté, les émissions du biodiesel et des HVO devraient diminuer d’ici 2030 jusqu’à devenir égales ou inférieures à celles du diesel fossile grâce au développement de biocarburants avancés produits à partir de résidus ou de déchets. La production de carburant à partir d’huile de cuisson usagées, par exemple, n’émet que 8 à 11 g/MJ.
En parallèle, même avec une batterie 20 % plus grosse en 2030, les émissions de GES sur le cycle de vie des BEV diminueront de 23 à 26 % par rapport à 2021. Elles atteindront ainsi 58-65 g/km sur le segment inférieur, 56-63 g/km sur le segment moyen-inférieur et 61-68 g/km sur le segment SUV, soit une réduction de 71 % à 77 % face à leurs équivalents ICEV. Les émissions des FCEV conserveront des taux proches de ceux de 2021, avec une baisse de 6 à 8 g due aux progrès de fabrication.
Concernant les hybrides, l’ICCT estime qu’il n’y aura plus d’HEV immatriculés en 2030 et que les émissions des PHEV diminueront pour atteindre 156–160 g/km sur le segment moyen-inférieur et 157–162 g/km sur le segment SUV.
Source : A global comparison of the life-cycle greenhouse gas emissions of combustion engine and electric passenger cars, ICCT
Que vaut la piste des e-carburants ?
Pour finir, le développement des e-carburants, c’est-à-dire la production de diesel synthétique à partir d’électricité renouvelable, ne serait pas une solution selon l’ICCT. En supposant un rendement de 50 %, la production d’e-carburant nécessiterait 4,2 MJ d’électricité par kilomètre, contre 2,1 MJ/km pour un diesel classique et 0,742 MJ/km pour un BEV. « Rouler uniquement avec des carburants électriques nécessiterait six fois plus d’électricité qu’avec des véhicules électriques à faible consommation », estime l’organisme.
