Dernière mise à jour: 18 mars 2009 - Une version PDF de ce billet sera disponible prochaînement.
© Olivier Daniélo

"Nous vivons une époque aux défis extraordinaires -
une époque où nous avons appris à marcher sur la lune, mais pas encore à marcher sur la terre"

William S. Becker * [Citation en exergue dans le rapport  "A renewable Energy Community: key elements", US Department of Energy, Carlisle et al, janvier 2008]

De Singapour à Los Angeles, de Paris à Mexico, les citadins  du monde entier sont aujourd'hui asphyxiés par la pollution automobile. Les fameux et fumeux  moteurs à combustion interne des véhicules actuels posent de sérieux problèmes au niveau sanitaire, ils émettent des particules et des gaz toxiques et sont très bruyants. Selon la commission européenne, plus de 400 000 européens meurent prématurément chaque année à cause de la pollution atmosphérique, et cette pollution [1]  a également un impact sur la productivité des travailleurs, impact dont les conséquences se  chiffreraient à plusieurs milliards d'euros. La pollution automobile tue davantage que les accidents de la route. De plus, ces moteurs thermiques ont intrinsèquement un rendement très faible, 20%  en cycle d'usage des automobilistes (18% pour le moteur essence, 23% pour le moteur diesel [2] [3]; au laboratoire, dans des conditions idéales, des rendements un peu plus élevés ont été obtenus). Cela signifie que quand vous achetez un litre de carburant, seul un cinquième de ce litre fera effectivement avancer votre véhicule, le reste sera perdu. Intéressant pour celui qui vend le carburant, beaucoup moins pour celui qui l'achète...

 Qu’attendre des agrocarburants ?

Concernant la voiture qui roulera demain sur nos routes, certains fondent leurs espoirs sur les agrocarburants. Rappelons que pour obtenir des agrocarburants, il faut faire pousser des plantes! Or les plantes (céréales, oléagineux, arbres, etc.) ont un rendement de conversion de l’énergie solaire en énergie chimique (biomasse) inférieur à 1%. Quelle que soit la filière envisagée, que ce soit pour les agrocarburants de première ou seconde génération, et quels que soient les agents ou procèdés utilisés pour la transformation (bactéries, champignons, termites, enzymes, pyrolyse, gazéification,  fermentation éthanolique, trans-estérification etc...), cette limite physique en amont est incontournable, même avec les OGM les plus performants qui, par ailleurs, ne sont pas forcément souhaitables. L'énergie ne se crée pas, elle se transforme (premier principe de la thermodynamique).  Ajoutons qu'une fois la biomasse obtenue, il faut la collecter puis la transformer en agrocarburant, d’où une consommation énergétique très importante et parfois presque égale au contenu énergétique de l'agrocarburant obtenu... Enfin, de nouvelles pertes se produisent inévitablement au niveau du moteur thermique. Qu'il tourne avec de l'essence ou avec de l'éthanol cellulosique, avec du pétro-diesel ou avec de l'agro-diesel, le rendement d'un moteur  thermique reste faible.  Le bilan global de la chaîne énergétique « du soleil à la roue » est  de 0,08% avec les agrocarburants, soit 100 fois moins qu'avec la filière solaire-voiture électrique [4].  Même si le rendement du moteur thermique était multiplié par 2 dans les 20 à 30 ans à venir, le bilan global de la chaîne resterait très bas. Comme souligné dans le rapport « Agrocarburants et Environnement » publié fin 2008 par le Ministère de l’écologie, "Les agrocarburants se situent dans la zone des rendements les plus faibles, ils sont de fait limités par le rendement de la photosynthèse qui est très faible (<1%). La troisième génération, utilisant des algues, restera largement moins efficace que les solutions « électriques » quelles qu'elles soient, notamment l'utilisation de l'énergie solaire." [5]

Un rendement aussi médiocre a des conséquences importantes sur le plan environnemental et social: il signifie qu’il faut cultiver des surfaces considérables. Pour remplacer les 50 Mtep (millions de tonnes équivalent pétrole) brûlés chaque année dans les transports en France, il faudrait cultiver en colza 120% de la surface totale de la France ! [6] L'équation est intenable; les surfaces nécessaires étant immenses, on assiste dans les pays qui développent massivement les agrocarburants, comme par exemple l’Indonésie [7] ou le Brésil [8], a des pratiques déplorables : utilisation de terres qui étaient destinées aux cultures alimentaires, expropriation des petits propriétaires terriens, déforestation massive qui conduit à des conséquences dramatiques sur le plan de la biodiversité. De plus, et on l’oublie trop souvent, les cultures sont de grandes consommatrices d’eau douce, une ressource précieuse de moins en moins disponible dans de nombreuses régions de la planète et la population mondiale augmente. Enfin, de grandes quantités de pesticides (photo ci-contre) et d’engrais sont utilisées dans les cultures énergétiques et leur impact environnemental est également préoccupant (pollution chimique de l'eau, eutrophisation etc.).  Une étude publiée dans la revue Environmental Research Letters le 13 janvier 2009, réalisée dans 238 pays, états ou territoires sous la direction de Matt Johnston et portant sur 20 espèces cultivées a démontré que l'on surestimait jusqu'à présent d'un facteur 2  les rendements en éthanol obtenus par de nombreuses plantes: maïs, blé, sorgho, orge, manioc, betterave sucrière; même chose pour les rendements en huile concernant Jatropha, noix de coco, arachide, tournesol, colza etc. [9 et 10]

Le département Energie et atmosphère de l’université de Stanford a publié fin 2008 une étude multicritère [11] permettant de comparer sérieusement les différentes énergies renouvelables susceptibles de répondre aux besoins du secteur transport. Critères utilisés: émissions de CO₂, consommation en eau douce, pollution chimique, surfaces utilisées, impact sur la biodiversité etc.  Il ressort de cette étude majeure que les agrocarburants  ont le bilan le plus médiocre. A noter que la combustion des agrocarburants pose des problèmes sanitaires sérieux, ce qui est tout sauf négligeable [12]. Les agrocarburants  ne doivent donc être utilisés en substitution au pétrole que pour les applications où l’on ne peut pas faire autrement : les avions long courrier par exemple. Les carburants micro-algaux (qui restent cependant aujourd'hui très onéreux, 10 euros le litre selon l'équipe de recherche Shamash) offrent des perspectives intéressantes pour ce type d’application. Aucune évaluation de l'impact environnemental de ce genre de culture n'a cependant été effectuée à ce jour. Les entreprises qui développent ces technologies ont pour la plupart recours a des micro-algues génétiquement modifées. Que se passera-t-il si ces micro-algues OGM se retrouvent dans la nature  ?

Il existe des plantes qui poussent en zone aride. C'est le cas par exemple de Jatropha curcas. Mais ces plantes, malgré leur résistance remarquable, sont des êtres vivants comme les autres: sans apports en eau et en engrais, elles survivent, et ont une productivité faible. Des expériences ont été menées il y a plusieurs années en zone aride avec la variété mexicaine de Jatropha curcas  par des ingénieurs agronomes mexicains. Conclusion des expérimentations: sans apport d'eau réguliers, les rendements sont extrèment faibles, non rentables. Et l'eau est une ressource précieuse en zone aride...On assiste aujourd'hui, dans des régions pauvres voir très pauvres, à la mise en culture en masse  de bonnes terres avec Jatropha curcas, terres où l'on peut cultiver des plantes alimentaires. Le ricin, une plante, comme Jatropha curcas, de la famille des euphorbiacées est par exemple cultivée aujourd'hui en Ethiopie, à la place des cultures alimentaires! Le réseau international d'accès aux énergies durables dénonce les conséquences de ces pratiques pour les populations locales [ Ethiopie : des paysans échaudés par les promesses des biocarburants 13]. La culture de Jatropha curcas ou, mieux, de l'arbre fixateur d'azote Pongamia pinnata [14], a un intérêt  pour les populations défavorisées qui ne peuvent pas, par exemple, acquérir des panneaux photovoltaïques pour produire de l'électricité. [14] Avec l'huile, ces populations peuvent alimenter un groupe électrogène. L'électricité obtenue permet de répondre à des besoins de base: produire du froid pour conserver médicaments et aliments, alimenter un ordinateur pour avoir accès à l'information etc. L'huile peut servir à alimenter le moteur d'une pompe à eau ou d'une plateforme multifonctionelle. Elle peut aussi servir comme matière première pour la fabrication artisanale de savon et améliorer ainsi les conditions d'hygiène. Le marin et écologiste breton Jo Le Guen a par exemple monté un projet vraiment pertinent sur le plan social au Burkina-faso, "Vivre au village" [15]. Par contre, en Afrique, en Asie et en Amérique du sud, l'exploitation des terres et des populations locales défavorisées par des compagnies qui vendent l'huile de Jatropha aux USA ou en Europe pour en faire des carburants automobiles est un non-sens total sur le plan social et écologique. 
 

Dans l’univers des agrocarburants, seule la voie de la valorisation des déchets en biogaz reste pertinente. Mais la façon la plus efficace d’utiliser ce biogaz, ce n’est pas de le brûler dans le moteur d’un véhicule spécialement équipé, mais dans une centrale à cogénération qui produit électricité + chaleur, électricité alimentant des voitures électriques. A noter d’ailleurs que si l’intégralité des déchets produits en France (stations d’épuration urbaines et industrielles, décharges, déchets solides et assimilables dont déchets de l’industrie agroalimentaire, digesteurs agricoles) étaient valorisés en biogaz, on obtiendrait 3,3 millions de tonnes équivalent pétrole (SOLAGRO, estimation haute [16]) ; or les besoins des transports sont de 50 Mtep en France.

La voiture à hydrogène bon marché, un mythe ?

La voiture à hydrogène est parfois annoncée comme la panacée, et certaines personnes, et en premier lieu Georg W. Bush, se sont même aventurées à parler d’ « économie hydrogène ». C’est oublier qu’il faut produire le dihydrogène… Lors de la production du vecteur dihydrogène par électrolyse de l’eau, on perd 30% de l’énergie électrique initiale (et on consomme 9 kg d’eau pour obtenir 1kg de dihydrogène). Il faut ensuite comprimer le gaz obtenu puis le transporter [photo ci-contre; L'électricité est transmise  à une vitesse de 273 000 km/s dans le cuivre (vitesse de l'information). Un navire cargo chargé d'hydrogène compressé circule à environ 20 noeuds, soit 36 km/h], le stocker, et enfin le distribuer, d’où de nouvelles pertes énergétiques importantes. En bout de chaîne, l’hydrogène alimente une pile à combustible, dont les rendements standards sont aujourd’hui d’environ 50%. Spécialiste des piles à combutible, Ulf Bossel conclue que le rendement global est 4 fois plus faible qu’avec une utilisation de l’électricité pour alimenter une voiture 100% électrique à batterie [17]. Cela signifie que si l’on passait à une économie hydrogène, il faudrait 4 fois plus de centrales électriques que si on passait à une économie basée sur l’électricité. Face à cette réalité, l’hydrogène fait aujourd’hui de moins en moins de bulles [18]. A noter que l'hydrogène pose des problèmes de sécurité et coûte très cher. Nicolas Bardi, chef du programme Pile à combustible du CEA: « Le kilowatt délivré par notre pile coûte entre 3 000 et 4 000 euros, alors qu'un moteur thermique délivre un kilowatt à 30 euros ». Selon les estimations optimistes du CEA et de PSA, il faudrait produire plus de 100 000 piles pour atteindre par effet d'échelle un prix du kilowatt entre 100 et 150 euros, ce qui resterait encore très cher. [19]


La voiture à air comprimé

C'est à Nantes qu'a été mise en place, en 1879, la  première ligne de tramways à air comprimé du monde [20]. La motrice seule (c'est à dire sans wagon supplémentaire; photo de droite: motrice Mékarski n° 22 à Nantes sur la ligne de La Chesnaie, à une station de biberonnage) avait une autonomie de 15km, et pouvait atteindre une vitesse comprise entre 10 et 15 km/h [21].   La société MDI [22]  utilise aujourd'hui ce concept appliqué à l'automobile. De l'électricité est utilisée pour comprimer l'air, air qui se détend ensuite et met en marche le moteur. Le rendement de la compression (avec un très bon compresseur) est de 60%. Ajoutons que le rendement d'un moteur à air comprimé ne dépasse pas 30% en cycle d'usage ordinaire (sans compter les pertes de transmission jusqu'aux roues). Ce qui nous donne un rendement global de la prise où l'on branche le compresseur à la roue de la voiture inférieur à 18%. Cela signifie que si nous passions à une économie basée sur air comprimé, nous aurions besoin de 4 fois plus de centrales électriques que si nous passions à une économie basée sur l'électricité-batterie. Notons que  le rendement du moteur à air comprimé (30%) reste bien entendu toujours le même, que l’air soit comprimé via un compresseur électrique ou directement (mécaniquement ou thermiquement) par les renouvelables. Dans le cas d’une compression éolienne directe, le rendement de compression est au mieux de 70% avec les technologie les plus avancées [23] (ceci au lieu de 60% avec le compresseur électrique). Soit un gain de 3%. (60% x 30% = 18% ; 70% x 30% = 21%). Cela ne changerait donc rien au problème (et ceci même si le rendement de conversion d'un alternateur d'éolienne est d'environ 95% et non de 100%), mais cela en créerait d’autres: l’air comprimé serait alors produit au niveau des fermes éoliennes ou solaires, et il faudrait alors le transporter jusqu’aux stations-service. Compte-tenu des très grands volumes en jeu, les 3% à 8% de gain au niveau de la production ne permettrait pas de compenser la consommation énergétique liée au transport. Il y aurait alors toujours le facteur  4 sus-mentionné de différence. (Les technologies de stockage de l'air comprimé sont par contre pertinentes pour lisser la production d'électricité éolienne, mais ce n'est pas directement le sujet ici).

Les performances annoncées par MDI laissent  sceptiques de nombreux experts; L'Ecole des Mines a d'ailleurs publié des rapports critiques sur le sujet. Conclusion de l'un de ces rapports: "Nous avons pu montrer ici que l'autonomie du MDI CAT était estimable a une quarantaine de kilomètres lorsque que l'on considère son fonctionnement en zone urbaine et le système de détente étagée telle que nous l'avons simulée (...) Cette autonomie est faible et est soumise à l'influence de paramètres importants comme la température extérieure ou la consommation des accessoires. En effet en hiver, de nuit, et/ou sous la pluie (fonctionnement des essuie-glace et des phares), il est probable que l'autonomie descende en dessous du seuil des 40 km"  [page 32, 24]. Le journaliste Eric Nunès résume la position de L'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie (ADEME)  dans Le Monde: "Selon un calcul réalisé par l'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie (ADEME), les voitures développées par MDI auraient une autonomie d'environ 30 kilomètres. (...) Les sceptiques sont nombreux. Les annonces lues dans la presse sur la vente par MDI d'usines clés en main à la ville de Mexico et à Madagascar, démenties par Guy Nègre, n'éclairent pas sur l'état d'avancement des projets de l'entreprise. "L'idée d'une voiture à air comprimé est intéressante", estime un ingénieur de l'Ademe contacté par Lemonde.fr. "Si MDI a construit une voiture à air comprimé compacte avec une autonomie suffisante, il suffit d'en faire la démonstration devant l'Union technique de l'automobile et du cycle [UTAC, un organisme de certification] pour en faire la preuve." [25]. Pierre Podevin, ingénieur de recherche au CNAM (Conservatoire National des Arts & Métiers), « n’y croit pas personnellement, à cause de la faible quantité d’énergie emmagasinée dans l’air comprimé qui serait insuffisante pour donner une véritable autonomie à un véhicule. La preuve : 300 L d’air à 300 bars contient autant d’énergie que 1,2 L d’essence… » [26]. Un reportage France2 (Complément d'Enquête) réalisé par Thomas Horeau et Annie Tribouart retrace l'aventure MDI: "Un ingénieur qui ne manque pas d’air" [27].

La simplicité du stockage énergétique de la filière air comprimé, son bilan sanitaire et son coût potentiellement bas  n'en demeurent pas moins séduisants. Une autonomie de 30 à 40km peut suffire pour certaines applications. MID annonce que son modèle AirPod coutera 6000 euros, s'il est homologué. Le maire de Nice s'est engagé à acquérir les premiers exemplaires produits après une éventuelle homologation (tests relatifs à la sécurité etc.), ceci à titre expérimental [28]. Au niveau pollution sonore, des progrès restent à accomplir [29].

[ Une comparaison voiture électrique / voiture à air comprimé: Cliquer ici.]

Cap vers l’économie de l’électron 

Venons-en à présent à la solution de loin la plus satisfaisante sur le plan énergétique, sanitaire et environnemental: la voiture 100% électrique. Lors du récent sommet de Poznan sur le réchauffement climatique, Nathalie Kosciusko-Morizet, ex (et regrettée ;) ) secrétaire d'Etat chargée de l'Ecologie, a pronostiqué que "la moitié de la production automobile chinoise sera faite de véhicules électriques en 2020". Cette concurrence asiatique pousse les constructeurs automobiles occidentaux à s’y mettre aussi, remettant ainsi en cause, parfois avec difficulté, leurs alliances historiques et juteuses avec les compagnies pétrolières. S’ils ne réagissent pas, ils savent qu'ils prennent le risque de se faire écraser par les asiatiques car la voiture électrique est beaucoup plus intéressante que la voiture thermique pour l’automobiliste: carburant 5 à 10 fois moins cher, accélération puissante, nuisance sonore nulle, zéro pollution toxique, image de modernité, etc. Michel Freyssinet, directeur de recherche au CNRS et spécialiste de l’industrie automobile, prévient: "Aujourd’hui, on rit des modèles chinois ou indiens mais il ne va pas falloir rire trop longtemps…(...) On va connaître un véritable basculement vers la motorisation alternative dans la décennie qui s’ouvre. Il y aura les voitures hybrides, mais il y aura plus significativement encore les voitures électriques avec batteries. Les Chinois et les Indiens s’y intéressent depuis longtemps. Leurs constructeurs ne font pas reposer leur développement futur sur le moteur à explosion. Or la technologie de l’électrique change radicalement la conception d’un véhicule. Les constructeurs européens traditionnels bénéficient d’un acquis technique qui ne leur sera pas forcément d’un grand secours dans cette nouvelle donne (...)  le véhicule électrique est désormais sur une dynamique sur laquelle on ne devrait pas revenir (...) " [30]. Signal très fort sur le marché de l’imminence de la révolution électrique, l’homme le plus riche de la planète, Warren Buffet, a investi massivement  dans le capital du constructeur chinois BYD spécialisé dans l’électrique [31] (Photo ci-contre: modèle 100% électrique baptisé e6 par BYD, Beyond Your Dreams).  Depuis quelques mois, tous les constructeurs (General Motors, Ford, Chrysler, Renault, Volkswagen, Porsche, Fiat etc.) se bousculent dans les salons automobiles pour sortir des cartons leurs modèles électriques et tenter de montrer qu'ils sont les champions de l'écologie. La réalité est qu'ils sentent venir les flammes du dragon chinois.
 

Les voitures électriques modernes ont un rendement (rendement de la prise à la roue) plus de 3,5 fois plus élevé (> 70%) que celui des voitures thermiques (20%, rendement de la pompe à la roue) en cycle d'usage ordinaire. Cela signifie que quand vous faites le plein d’électricité, plus de 70% de l’énergie de ce plein sera effectivement utilisée pour faire avancer votre véhicule. Ceci sans compter la récupération d'énergie au freinage (recharge partielle de la batterie). Le révolutionnaire moteur-roue de Michelin (« rien sous le capot, tout dans les roues »), qui équipera notamment la Will (partanariat Heuliez/Michelin/Orange) offre des perspectives encore plus intéressantes pour la voiture électrique sur le plan efficacité énergétique [32]. Michelin vient d'ailleurs de signer un contrat avec un constructeur chinois [33]. Le moteur électrique synchrone à aimants permanents (PMSM, Permanent Magnet Synchronous Motor ou Permanent Magnet Brushless DC motor) a un rendement maximal, hors électronique de puissance,  de 98% [34] (record à 98,2% [page 14, 35]). Le moteur-roue (active wheel) Michelin de la Will utilise cette technologie, de même que l'iMIEV Sport de Mitsubishi.  Cette dernière "dispose de 2 moteurs-roue synchrone à l’avant de 20kW chacun et un moteur synchrone de 47 kW à l’arrière, le tout étant asservi et contrôlé par une électronique de type S-AWC (Super All Wheel Control, le système de commande dynamique de véhicule de Mitsubishi)" [36]. Les voitures électriques 100% solaires utilisées pour les compétitions utilisent également cette technologie PMSM [37].

  Il existe de nombreuses façons de produire l’électricité: centrales thermiques (charbon, gaz…), centrales nucléaires, centrales à énergie renouvelable (éolien, solaire, géothermie, énergie de la mer etc.). Les centrales à charbon ayant un rendement électrique supérieur à 35%, et les pertes électriques en ligne à l’échelle mondiale étant de 8% (moyenne mondiale), on arrive alors à cette conclusion des experts de l’agence internationale de l’énergie et du WWF [3]: même avec une électricité 100% charbon, le rendement du puits à la  roue de la chaîne électrique est meilleur que celui de la chaîne combustible liquide (à noter que les pertes du puits à la pompe des carburants pétroliers sont de 17%). Les centrales à charbon ayant un rendement électrique (35 à 40%) plus faible que les centrales à gaz, des développements sont en cours pour mettre en œuvre des IGCC (Integrated Gasification Combine Cycle [38] ); ce sont des centrales où le charbon est gazéifié (ce qui conduit à diminuer considérablement les émissions de dioxyde de soufre et de particules) pour permettre  d'employer un cycle combiné et d'augmenter le rendement de conversion à plus de 45%. 

Au niveau CO₂, le bilan de la filière électrique est également meilleur (et largement) comparé à celui de la filière carburant liquide, quel que soit le carburant utilisé. En moyenne, l'intensité carbonique par unité d'énergie mécanique (CO₂ intensity of motive energy) est de 1600 gCO₂/kWh (grammes de CO₂ par kilowattheure) pour un véhicule essence et de 1350gCO₂/kWh pour un véhicule diesel. Aux USA, un véhicule électrique à batterie a en moyenne une intensité carbonique de 1037gCO₂/kWh et pour l'Union européenne, de 619 gCO₂/kWh [ 1; Fig16 page 91].  A noter qu'1 kWh de capacité de stockage au lithium coûte environ 400 kWh d'énergie primaire aux USA [39]. Une batterie avec capacité de 20kWh a nécessité un investissement énergétique de 8 MWh. Cette batterie, après 2000 cycles [39b], aura transfèré 40 MWh. Pour tenir compte de la construction de la batterie, il faut donc corriger les données de 20%: le bilan reste très  favorable à la filière électrique. 

 

Lire: Bilan CO2 comparé de la voiture à pétrole et de la voiture électrique
http://www.electron-economy.org/article-29160842.html

 
Ajoutons que l’intérêt sanitaire de la filière électrique est considérable. Imaginez-vous Paris, Athènes ou Madrid sans pollution automobile chimique et sonore ?    Elon Musk, PDG de SolarCity en Californie, prophétise: "Un jour, quand nous raconterons à nos petits-enfants que nous circulions dans des gros engins bruyants qui crachaient de la fumée toxique en permanence, ils auront du mal à nous croire." Pour alimenter les moteurs thermiques, les pires solutions sont en cours de développement : pétrole non conventionnel (sables bitumineux de l’Alberta par exemple), charbon liquéfié, huile de palme, éthanol cellulosique. La Chine construit actuellement le plus grand centre de liquéfaction du charbon du monde [40]. Même si les centrales électriques au charbon ne constituent pas une solution satisfaisante pour alimenter les voitures électriques, il est possible de séquestrer les gaz émis par ces centrales, alors que c’est impossible avec une voiture thermique qui carbure au charbon liquéfié. D’ailleurs, aucun mix électrique dans le monde est 100% basé sur le charbon. Le mix électrique français comporte moins de 10% de fossiles.  Enfin, la part des énergies renouvelables va croissante en Europe, aux USA, en Chine et dans le monde entier.

Le concept BetterPlace et la révolution de la voiture 2.0
 

[La photo ci-contre est tirée d'un diaporama [41] du scientifique Ulf Bossel, père du concept d'"Electron economy": concernant les transports terrestres, nous sortons du pays de l'énergie chimique (pétrole, agrocarburants) pour entrer dans celui de l'énergie physique (électricité d'origine renouvelable alimentant les voitures électriques).]

Plusieurs critiques sont récurrentes à propos de la voiture électrique. En premier lieu, à propos de son autonomie. Notons pour commencer que la technologie des batteries a fortement évolué ces dernières années [43] (batteries Lithium nanophosphate etc.) et elles sont devenues complètement sûres, contrairement aux premiers modèles lithium qui pouvaient prendre feu. La Tesla Roadster (en vente aux USA et bientôt en Europe) a une autonomie de 350km. Mais une telle autonomie n’est pas utile avec un réseau de bornes de recharge et de stations d’échange de batterie (échange de batterie en 3 minutes). Au Danemark, l’entreprise californienne BetterPlace, en partenariat avec l’énergéticien DONG Energy (éolien), installe par exemple en ce moment 100 000 bornes de recharge sur tout le territoire national (idem en Israël, tandis que l’Australie en installe 600 000 sur la côte est; la Californie, Hawaï, l’Ontario et Tokyo ont également signé avec BetterPlace).  Erik Rasmussen, le fondateur du Copenhagen Climate Council est enthousiaste :  « Ré-inventant notre infrastructure de transport et éliminant complètement les émissions nocives en ayant recours aux énergies renouvelables, BetterPlace rend vraiment obsolètes les technologies de transition telles que celles qui visent à rendre moins médiocre le rendement des véhicules thermiques ou celles qui consistent à hybrider les véhicules. ». [44] Pour un pays importateur de pétrole, comme les USA, Israël, ou la France, l’investissement du réseau BP correspond à la facture de 2 mois d’importation de pétrole. Shaï Agassi, PDG de BP (et l'un des "Heroes of the Environment 2008" pour Time Magazine [45]), a mis en avant ce coût relativement modeste dans un article destiné au Président des USA: "un plan Betterplace à l'échelle des USA coûtera 100 milliards de dollars, l'équivalent de 2 mois d'importations US de pétrole" [46]. Installer ce réseau collectif coûtera beaucoup moins cher qu’hybrider individuellement l’ensemble des véhicules [47], hybridation qui conduit d’ailleurs à alourdir le véhicule (à quoi sert-il de se balader en permanence avec un générateur électrique [48] et 50 litres de carburant s’il est possible d’échanger sa batterie en 3 minutes ?) et à le rendre plus cher à l’achat qu’un véhicule 100% électrique dans le cadre d’un forfait BetterPlace. Partout où votre véhicule électrique sera stationné, il aura la possibilité d’être rechargé. Une voiture est stationnée 23 heures sur 24. BetterPlace s’engage à ce que ses bornes fournissent exclusivement de l’électricité verte. Les batteries des voitures électriques connectées au réseau pourront d’une part absorber les pics de production en provenance des centrales à énergie renouvelable et d’autre part injecter de l’électricité sur le réseau (concept V2G/G2V, Vehicule to grid/grid to vehicule). Comme le souligne le président d’HydroQuébec, « un million de batteries connectées au réseau, c’est mieux qu’un barrage hydroélectrique pour gérer les périodes de pic de consommation ». [49] Renault-Nissan s’est allié à BP et alimentera le marché danois et israëlien avec une gamme de 9 modèles 100% électriques équipés de batteries offrant une autonomie de 200km. Dans le passé, l’introduction de la voiture électrique a échoué notamment parcequ’aucune infrastructure n’était en place. Une voiture à essence dans un pays sans stations à essence est inutile, de même qu’un téléphone portable est inutile dans un pays qui ne possède pas d’antennes relais pour transmettre les signaux ; on est alors contraint de jouer au talkie walkie, en appelant un ami situé à moins d’un kilomètre de soi. Une voiture électrique sans borne de recharge est, de la même manière, condamnée à la marginalité. L’approche BetterPlace est donc à ce titre particulièrement pertinente.

Une deuxième critique courante à propos de la voiture électrique : son coût à l’achat. Là encore, BetterPlace apporte une solution séduisante: la séparation de la voiture électrique de la batterie. Une voiture électrique sans la batterie coûte moins cher que son équivalent thermique à essence. Imaginez que lors de l’achat d’une voiture à essence, on fasse payer à l’automobiliste la totalité de l’essence qu’il va consommer dans les 10 ans à venir, et qu’on ajoute aussi une part correspondant à l’investissement de la plateforme offshore d’extraction du pétrole ainsi que l’investissement du pétrolier, des camions-citernes et des stations-service…Personne n’achèterait de voiture à essence ! Pour Shaï Agassi, PDG de BetterPlace, une batterie c’est de l’e-gasoline.   Avec BetterPlace, opérateur de mobilité verte, l’automobiliste achète des kilomètres, de la même manière que l’on achète des minutes de communication à un opérateur de téléphonie mobile. Avec BetterPlace, un mile (1,6 km) sera vendu $6 cents (1 euro = 1,28 dollar). $4 cents pour la batterie, $1 cent pour l´electricité, le reste pour BetterPlace qui devra d’ailleurs dans un premier temps rembourser l’infrastructure mise en place. En Europe, le carburant d'une voiture thermique coûte 6 eurocents par kilomètre (dans l'hypothèse d'un prix du carburant d'1 euro le litre et d'une voiture qui consomme 6 litres aux 100km), soit $12,3 cents par mile.   L’automobiliste qui souscrit à un forfait BetterPlace a la liberté de recharger la batterie de sa voiture où il veut: à la maison, ou sur l’une des bornes de recharge du réseau (au supermarché, au parking en ville, etc.). Lors des grands trajets, il a la possibilité d’échanger la batterie vide pour une batterie pleine d’énergie verte.   Michael Bernstein, premier directeur général de Macquarie Capital Markets Canada Ltd., a déclaré le 15 janvier 2009 à l'occasion du lancement de BetterPlace-Ontario: "Le modèle d’affaires de Better Place représente une occasion du tonnerre pour que l’industrie de l’automobile nationale, le domaine de l’énergie propre et le secteur public contribuent à l’élaboration d’un marché du transport écologique au Canada" [50]. Trois experts de la Deutsche Bank qui ont enquêté à propos du business model de BetterPlace (BP) arrivent à cette conclusion:  "En analysant le modèle BP, nous concluons que la voiture 100% électrique ne coûtera pas plus cher que son équivalent essence ou diesel (...) Le modèle BP a le potentiel pour éliminer le moteur à combustion interne" [51] [52]

Vidéo: Qu'est-ce que BetterPlace ?
 

Troisième critique courante: « on aura pas assez de lithium ». Le lithium est le 23^ème élément le plus abondant sur terre.  Le carbonate de lithium (principalement produit aujourd’hui au niveau  des déserts de sel) coûte aujourd'hui 8 dollars le kg.  Il ne représente que 2% du  coût  d'une batterie au lithium. Le carbonate de lithium obtenu par la filière eau de mer coûte aujourd'hui (2007) environ 80 dollars, soit 10 fois plus qu'avec la "filière désert de sel" (continental brine). Cela veut dire que passer du carbonate de lithium des déserts de sel au carbonate de lithium issu de la filière eau de mer n'a qu'un impact modéré sur le coût d'une batterie: une batterie qui coûtait 7000 dollars passe alors à 8400 dollars. Les réserves mondiales de Lithium de l'eau de mer ont le potentiel d'équiper 18000 milliards de voitures électriques type Tesla Roadster [53].  Et même sans considèrer le lithium de l'eau de mer, les ressources terrestres (évaporites des lacs salés, évaporites géothermales, pegmatites, hectorite etc.) sont largement suffisantes [54]. Les réserves mondiales exploitables (à un coût acceptables selon les critères du marché) de carbonate de lithium (Li₂CO₃), hormis le lithium de l'eau de mer, sont estimées entre 58 et 150 milliards de kilogrammes, et il n'y a pas eu de véritable exploration compte-tenu de l'abondance de la ressource.  Le pourcentage massique en carbonate de lithium d'une batterie Lithium ion est de 8% (une batterie de 200kg contient environ 16kg de carbonate de lithium)...Et le Lithium est recyclable à hauteur de 98% ! [55] On le voit, la pénurie de lithium, ce n'est vraiment pas pour demain. La seule menace qui pèse sur les batteries lithium, c'est l'émergence de batteries sans lithium meilleur marché et encore plus performantes! William Tahil, de l'institut Meridian, estime par exemple que les batteries ZnAir et NaNiCl ont un potentiel encore plus élevé que les batteries lithium [56].  Juan Carlos Zuleta, économiste bolivien spécialiste du lithium déclare lucidement dans le New York Times du 2 février 2009: “Nous avons [en Bolivie] les plus belles réserves du monde en lithium, mais si nous n'entrons pas la course maintenant, nous perdrons notre chance. Le marché trouvera d'autres solutions pour subvenir aux besoins du monde en batteries.” [57]  A noter que la concentration lithosphérique en lithium est de 62ppm, ce qui correspond à une quantité globale vraiment énorme, en plus du lithium océanique et du lithium évaporitique et pegmatitique sus-mentionné. 

Une technologie très prometteuse émerge en parallèle aux batteries pour le stockage de l'énergie nécessaire aux véhicules électriques: les supercondensateurs.   Un supercondensateur se charge en une seconde. Et on peut le charger et décharger un million de fois. En France, le groupe Bolloré développe cette technologie via sa filiale Batscap [58]. EEStor, entreprise basée à Cedar Park au Texas,  serait en mesure de commercialiser prochaînement  une unité de stockage de l'énergie électrique (Electrical Energy Storage Unit, EESU) offrant une densité d’énergie trois fois supérieure à celle des meilleures batteries au lithium sur le marché. ZENN Motor, un constructeur basé à Toronto annonce la sortie des premières voitures électriques équipées de la technologie EEStor pour l’automne 2009. Et General Motors serait en négociation avec EEStor [59].  La revue technologique du MIT  (Massachusetts Institute of Technology, un centre de recherche de premier plan à l'échelle mondiale) a consacré plusieurs articles sur cette technologie potentiellement révolutionnaire, dont "Better Batteries Charge Up - A startup reports progress on a battery that stores more energy than lithium-ion ones", 5 août 2008 [60]. A suivre, donc...  

 
Précisons que l’électromobilité individuelle est complémentaire à l’électro-mobilité collective (tramway, métro,  bus électrique [61] [62]). Pour  les centre-ville engorgés, les concepts CityCar [63] et Scarab [64] sont séduisants. Celui de ModuloWatt également [65']. Plusieurs électro-innovations favorisent d'ailleurs l’intermodalité : Easyglider [66], BikeBoard [67], Segway [68]. Organiser le traffic en ville relève de la compétences des autorités, pas directement des citoyens (indirectement, par leur vote). Et libre à chaque citoyen, dans le cadre de cette organisation collective, d'opter pour le mode de transport de son choix.

Quatrième critique: "les batteries sont polluantes". C'était vrai à l'époque de batteries au plomb, batteries lourdes et encombrantes. Le plomb est toxique, notamment pour le système nerveux [69] [70]. Dans un accumulateur au plomb, l’électrolyte (milieu en l'occurence liquide permettant la conduction ionique) est constitué d’acide sulfurique dilué.  Mais la technologie des batteries a évolué. Aujourd'hui, les meilleurs batteries ont une anode en graphite [71] et une cathode à base de lithium et de phosphate de fer [72]. Selon le CNRS, "le matériau d'avenir pour ces applications est le phosphate de fer et de lithium : écologique, il possède des propriétés exceptionnelles alliées à un faible coût et une bonne stabilité thermique, élément essentiel pour la sécurité." [73]  Pour obtenir du carbonate de lithium à partir de saumure (lac salé contenant du chlorure de lithium etc.), voici les étapes: un premier traitement à la chaux (la chaux est obtenue par combustion du calcaire, une roche très abondante) permet d’éliminer le magnésium de la saumure. Un traitement à la soude (La soude, NaOH, est obtenue par électrolyse du chlorure de sodium, le sel de table, NaCl ; NaCl obtenu par exemple dans les marais salants) permet d’obtenir par précipitation le carbonate de lithium. Pour obtenir le carbonate de lithium il faut donc du calcaire (très abondant), du chlorure de sodium (très abondant) et de l’électricité (que l’on peut produire avec les énergies renouvelables dont le potentiel est énorme). Les batteries lithium destinées aux automobiles ont en général un électrolyte à base de polyéthylène glycol (PEG = Polyoxyethylène, POE), qui, s'il serait d'après certains auteur un agent de chimioprévention des cancers digestifs [74], est faiblement toxique [75]. Mais, étant donné qu'il est inaccessible à l'intérieur de la batterie, et qu'il est rare d'en venir à se nourrir de batteries (!), le risque d'ingestion est nul.  Les PEG, dont les applications sont nombreuses, sont d'ailleurs utilisés dans des pâtes à dentifrice. Concernant le lithium, d'après le site Doctissimo, "selon certaines études, de trop faibles apports en lithium dans une population augmentent le taux de criminalité !" [76]. Mais là encore, l'innocuité ou la toxicité dépendent bien entendu de la dose et de la durée. Comme signalé plus haut, le lithium est recyclable à hauteur de 98%. Avec le procédé Recupyl [77], "les batteries sont broyées mécaniquement avant l'opération de séparation magnétique des composants. Le broyage élimine papiers, plastiques et acier qui emprunteront le circuit des filières de valorisation. Le cuivre, le cobalt et le lithium récupérés par le biais d’un traitement chimique seront vendus à des récupérateurs. La solution brevetée s’adapte aux divers systèmes au lithium (cobalt, oxydes mixtes Co-Ni-Mn, électrolytes tous polymères...) et surtout à la nouvelle technologie des batteries lithium phosphate de fer ( LiFePO4) qui devraient connaître un essor dans le domaine du portatif et du véhicules électriques." [78] Il est bien entendu impératif que ce recyclage des batteries soit rendu obligatoire. A noter que le recyclage du lithium à partir de batteries où il est concentré coûte moins cher que de l'extraire dans la nature (où il est moins concentré): on peut donc avoir de bons espoirs pour qu'il soit effectivement recyclé.

Cinquième critique: "une voiture électrique, c'est forcément lourd". Les exemples abondent pour montrer le contraire: Dagne de RevolutionMotors et Aptera (ultra-performantes) [79], Bamgoo (60 kg !) [80], Zero de Tazzari (chassis en aluminium) [81], C-Zen [82], Phylla (avec toit solaire),  etc. Et les batteries sont de plus en plus performantes, de plus en plus légères (gain de 8% par an ces 10 dernières années) [83]




Sixième critique, sans fondements: « nous ne pourrons jamais produire toute l’électricité nécessaire pour alimenter un parc automobile intégralement électrique avec les énergies renouvelables ».  Les USA ont construit 300 000 avions pendant la seconde guerre mondiale. L’Amérique de Barack Obama sera-t-elle capable de construire 80 000 éoliennes de 5 MW (soit 1600 par état en moyenne) pour produire l'électricité nécessaire pour alimenter le parc automobile américain 100% converti à l'électrique et réduire ainsi de 32,5% ses émissions de CO2 ? HydroQuébec a publié une étude sur le sujet :  « l'électrification du quart du parc automobile du Québec (1 million de véhicules) ferait augmenter la consommation d'environ 2,3 TWh (2,3 milliards de kWh). Cela représenterait une infime portion des ventes annuelles d'électricité au Québec, soit 1,3 % des 173 TWh livrés l'an dernier. » [84] L’Institut Fraunhofer a calculé [85] qu’il faudrait fournir 80 TWh pour alimenter le parc automobile allemand entièrement convertit à l’électrique. Le potentiel éolien de la mer Baltique est de 2600 TWh [86] et la technologie HVDC (High-Voltage Direct Current) permet de transfèrer l'électricité sur de grandes distances, avec moins de 3% de perte pour 1000km de transfert sous-marin ou sous-terrain. Enfin, selon l’Electric Power Research Institute, "Plus de 40% de la capacité de production électrique des USA opère en régime réduit durant la nuit et ce sont durant ces heures que les batteries des véhicules seront rechargées. Des études récentes indiquent que si les voitures électriques constituaient la moitié du parc automobile US, une hausse de seulement 8% de la génération électrique (4% en puissance installée) serait suffisante".

L‘intermittence de la production électrique éolienne n’est pas un problème pour charger des  batteries et cette intermittence est d’ailleurs fortement réduite en connectant les fermes éoliennes les unes aux autres via un réseau HVDC [87]. L’éolien, a lui seul, peut répondre à la totalité de nos besoins [88]. Et l’éolien n’est pas la seule énergie renouvelable. Par exemple, le potentiel solaire mondial est considérable: selon les experts de la NASA et du DLR, nous recevons du soleil une quantité d’énergie 10 000 fois supérieure à celle que l’humanité consomme. Un flux solaire continu qui ne s’éteindra que dans 5 milliards d’année, ce qui est satisfaisant au niveau durabilité ! Nous savons collecter cette énergie et la convertir en électricité à des coûts compétitifs grâce aux technologies du solaire thermodynamique (Concentrated Solar Power) et du photovoltaïque couche mince (PV thin film). Nous sommes à un tournant de l’histoire de l’humanité, une période de transition aux risques énormes, mais aux opportunités proportionnelles à ces risques. Gageons que nous saurons éviter de perdre du temps et de l’argent avec les fausses solutions comme les agrocarburants ou l’hydrogène et que nous saurons canaliser les investissements vers les solutions vraiment pertinentes sur le plan énergétique, sanitaire, climatique, environnemental, économique et géopolitique [89].  Gageons également que nous saurons utiliser la force du marché pour construire la Green Economy [90] et que nous ne mélangerons pas la fin et les moyens: l'objectif est de concilier la préservation de notre niveau de vie (accès à l'information et à la culture, liberté de se déplacer, accès aux soins, à la démocratie etc.) et la préservation de la planète, et que tous les humains puisse accèder à ce niveau de vie, pas de chercher à punir l'humanité et la société de consommation et de sombrer dans un green communism, une économie planifiée pseudo-écologique et vraiment régressive. Nous devons aborder la problématique du domptage du marché et de la domestication de la technique sauvage (Hans Jonas) avec une approche de winner, pas avec celle d'un looser. L'écologie punitive décroissante et l'écologie du progrès à l'américaine, où la notion de LIBERTÉ occupe une place centrale, ont des approches radicalement différentes, et Barack Obama l'a rappelé dans son discours d'investiture le 20 janvier 2009: "Nous n'allons pas nous excuser pour notre mode de vie. Nous allons le défendre sans relâche" [91]. Voici ce qu'a publié la revue "la décroissance": "La pire des catastrophes écologiques serait l’arrivée d’une source d’énergie gratuite et infinie, cela même si elle était non polluante" [92]. Alain Lipietz, député vert européen, a une réflexion particulièrement pertinente à propos de cette idéologie : "(...) Certains vont faire de cette décroissance une religion : « il faut se serrer la ceinture, consommer moins, arrêter de prendre l’avion pour aller en vacances, etc… » Pour ces personnes, les moyens par lesquels on va réduire l’emprunt écologique deviennent une fin en soi. Pour ma part, je pense que l’objectif est de protéger la nature et notre avenir, et que la réduction de notre consommation est une technique pour le faire, et non l’inverse. Supposons que la fusion froide fonctionne et que cela nous permette de produire de l’énergie sans efforts et sans rien abîmer, en serions-nous satisfaits ? Certains écologistes ne seraient pas prêts à utiliser cette technique. (...)" [93]. Comme le souligne le Prix Nobel de la Paix Al Gore dans un article-phare publié dans le NewYork Times [94], "la bonne nouvelle est que les solutions pour résoudre la crise climatique sont les mêmes que celles qui sont nécessaires pour résoudre la crise économique et la crise de la sécurité des approvisionnements énergétiques" en provenance des régions instables de la planète. En avril 2008 à Hanovre, à l'occasion du Forum "10 000 Solar Gigawatts for the world" organisé par la fondation DESERTEC (section allemande du Club de Rome), Gunnar Asplund du groupe ABB Power Technologies a posé a question: "La Chine installe chaque semaine 2 Gigawatts de centrales électriques, principalement des centrales à charbon. Est-il irréaliste d'installer dans le monde environ 7 Gigawatts par semaine de centrales thermosolaires pour atteindre environ  10 000 GW avant 2050? Nous pensons que non. Si c'est le prix pour sauver le monde, pourquoi hésiter ?"

Richard Buckminster Fuller: "Il n’y a pas de crise de l’énergie, il y a une crise de l’ignorance". La limite surfacique (cultures alimentaires) sera atteinte bien avant la limite énergétique. Un équilibre reste à trouver entre les surfaces anthropisées (zones urbanisées, cultures alimentaires) et les surfaces naturelles (biodiversité écosystémique, spécifique et génétique [95] ); la question de la capacité de charge [96] de la terre est sous-jacente.  

Olivier Daniélo

Epilogue

Francis Pisani:

"L’état d’esprit est différent.
Au lieu de voir ce qui rend une idée difficile à réaliser
ils imaginent ce qu’il faut faire pour la rendre réalisable"
Suite ici

Source de l'image: Benard Multon, ENS Cachan, Antenne de Bretagne, "Généralités sur l'énergie" 

Références:

- Plugged In: The End of the Oil Age (rapport WWF) - http://assets.panda.org/downloads/plugged_in_full_report___final.pdf  

- Agrocarburants et environnement, décembre 2008 - http://www.ecologie.gouv.fr/IMG/pdf/Agrocarburants_et_Environnement.pdf  
- Review of solutions to global warming, air pollution, and energy security - http://www.stanford.edu/group/efmh/jacobson/revsolglobwarmairpol.htm   
- Evaluation de l'autonomie d'un véhicule CAT utilisation la technologie MDI (moteur à air comprimé) Adeline Fabre et Jacky Mochel encadrés par J Benouali et R. El Chammas, octobre 2003
http://www.econologie.com/calculs-d-autonomie-de-la-voiture-a-air-de-mdi-mines-de-paris-telechargement-3963.html
- Electric cars: plugged in, Deutsche Bank - http://www.westernlithium.com/_resources/electric_cars.pdf

-

- Clean Energy 2030 (Google) - http://knol.google.com/k/jeffery-greenblatt/clean-energy-2030/15x31uzlqeo5n/1  

- Repower America - http://www.repoweramerica.org   

- Does a Hydrogen Economy Make Sense? - http://www.efcf.com/reports/E21.pdf

- The 21st Century Electric Car - http://www.stanford.edu/group/greendorm/participate/cee124/TeslaReading.pdf  

- An Economic and Environmental Blueprint for the Future of Energy and transportation - http://www.betterplace.com/images/news/An_Economic_and_Environmental_Blueprint.pdf

- The electricity economy - http://www.smartgridnews.com/pdf/TheElectricityEconomy.pdf

- A renewable Energy Community: key elements - http://www.nrel.gov/applying_technologies/pdfs/42774.pdf

- Kombikraftwerk : vers du 100% renouvelable en Allemagne -  http://www.electron-economy.org/article-13530946.html

- The electric grid may be able to handle more wind and solar power — way more — than previously thought, according to a new preliminary study - http://blog.wired.com/wiredscience/2008/12/could-the-elect.html

- L'interconnexion HVDC des parcs éoliens pour une génération électrique continue / GreenPeace - http://www.electron-economy.org/article-22552907.html   

Diffusion:

- Billet rédigé pour The human Network (Cisco). Merci à Marguerite de Durant ainsi qu'à Thibault Souchet de SpinTank.fr pour leur collaboration (relation avec the Human Network / BFM TV).
- Le blog de la campagne "Les agrocarburants, ça nourrit pas son monde" fait écho de ce billet (cette campagne a été lancée par Oxfam-France-Agir ici / Les Amis de la Terre / Terre solidaire CCFD, Comité Catholique contre la Faim et pour le Développement / CINEP - Centro de Investigación y Educación Popular (Compañía de Jesús, Jésuites, Amérique latine hispanophone) / FASE - Federação de Órgãos para Assistência Social e Educacional, Solidariedade e Educaçâo (Brésil ) / Institut Dayakologi (Indonésie).
- Le site CentPapiers.com en fait également écho
- J'ai proposé la mise en ligne de ce billet sur le média citoyen Naturavox; il va être publié en 3 parties  le 4, 5 et 9 février 2009. La rédaction de NaturaVox a également décidé de le publier sur Agoravox dans la rubrique "Environnement"  et m'a créé un compte ;)
- Il a également mis en ligne sur CleanTechRepublic (à la demande d'un journaliste du site que je remercie pour son intérêt ;) ) dans la rubrique "Eco des blogs", et il fait la une de la newsletter de CleanTech Republic du 2 au 6 février.
- Christian Matke (Chili) traduit actuellement ce texte en espagnol dans la perspective d'une publication dans un média latino-américain.
- Un débat sur ce thème fait suite à un billet d'Isabelle Delannoy sur son blog.
- Un débat sur le forum Air-Car-Concept (forum spécialisé sur les voitures à air comprimé)