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L’efficacité énergétique, un levier avec des potentiels technologiques et de sobriété

Voitures trop gourmandes  

 

Par le passé, l’efficacité énergétique a été le principal facteur avec un impact à la baisse sur les émissions de CO2 du transport de voyageurs (impact de -37 %, et -39 % de consommations pour les voitures). Les progrès sur les moteurs qui ont permis ces gains d’efficacité ont été d’autant plus importants qu’ils ont été réalisés malgré la hausse de caractéristiques jouant à la hausse sur les consommations (poids, équipements, dimensions ou puissance des véhicules).

Ce facteur d’efficacité est également très important dans les scénarios de prospectives, essentiellement par les baisses de consommation des véhicules thermiques pour les premières années, puis ensuite par le passage aux voitures électriques qui sont plus efficaces en énergie finale. Même pour les scénarios tendanciels, les gains d’efficacité apparaissent étonnamment importants avec -40 % de consommations en moyenne d’ici 2050, des progrès visiblement bien plus forts que l’évolution tendancielle récente.

En effet, sur la dernière décennie, les progrès d’efficacité énergétique des consommations réelles sont un peu moins forts qu’1 %/an, à la fois pour les voitures neuves et pour la moyenne des véhicules en circulation. Les gains prévus entre 2015 et 2030 par les 3 scénarios de prospectives tendanciels qui ont un point de passage à 2030, sont de -1,8 %/an.

Pour la SNBC, l’efficacité énergétique est prévue avec un gain annuel de -2,4 %, pour partie en raison de l’électrification et pour la majorité par une amélioration de l’efficacité des véhicules thermiques, de -2,3 %/an en moyenne pour les véhicules neufs et de -1,7 % pour la moyenne du parc entre 2015 et 2030, soit une accélération substantielle et un optimisme qui contraste avec l’évolution de ces dernières années. Car depuis 2015, les émissions et les consommations moyennes des véhicules neufs en France stagnent, sous l’effet en partie de la baisse des ventes de diesel au profit de l’essence, et surtout de la croissance des SUVs (sport utility vehicles), plus lourds et moins aérodynamiques, qui ont atteint 38 % des ventes de voitures en France en 2019.

Cette stagnation est d’autant plus inquiétante que l’évolution de l’efficacité énergétique constitue pour tous les scénarios (tendanciels et volontaristes) le principal levier de réduction des émissions à l’horizon 2030, ce qui est particulièrement vrai dans le scénario de la SNBC. Les évolutions récentes montrent ainsi que les progrès technologiques naturels sur l’efficacité des moteurs sont insuffisants et qu’il est nécessaire de mobiliser également les leviers de sobriété pour s’aligner avec les objectifs de court terme de la SNBC.

Car au-delà des facteurs conjoncturels liés à la sortie relative du diesel et aux SUVs, les gains marginaux sont de plus en plus compliqués à obtenir, au fur et à mesure que les principales marges de progrès ont été utilisées. Aussi le déclin du diesel continuera à l’avenir de peser sur les émissions de la moyenne des véhicules thermiques. Si la stagnation sur les véhicules neufs persistait, le parc continuerait cependant à s’améliorer lentement, les émissions moyennes des véhicules neufs étant inférieures d’environ -9 % à la moyenne du parc en 2018 (111 gCO2/km environ pour les véhicules neufs depuis 2015, +35 % pour avoir des émissions réelles, soit 150 g ; et 164 gCO2 pour le parc).

 

Seul le début d’année 2020 et l’entrée en vigueur de la règlementation européenne sur les émissions des véhicules neufs montrent des signaux plus encourageants, en grande partie liés à une forte augmentation de la part des véhicules hybrides et électriques. Cette tendance et ses déterminants seront importants et intéressants à suivre dans les mois à venir, pour en tirer tous les enseignements pour les politiques publiques. Aussi l’orientation des plans de relance automobiles en France et à l’international seront structurants dans ces transformations. Si des signaux encourageants apparaissent du côté de l’électrification, en revanche les leviers de sobriété semblent de nouveau très peu intégrés aux plans de relance.

Des leviers technologiques à actionner

 

De nombreux leviers technologiques et de sobriété pourront être actionnés pour améliorer l’efficacité des véhicules thermiques. Certains peuvent s’appliquer aussi à l’électrique, permettant une plus forte autonomie pour une même capacité de batterie.

Parmi les évolutions technologiques, les progrès sur le rendement des moteurs peuvent théoriquement encore se poursuivre, en cela qu’ils n’ont pas atteints leur rendement maximal : l’IFPEN évoque une limite théorique d’environ 60 %, alors que les moteurs diesel sont aujourd’hui à 42-43 % et les moteurs essence à 37-38 % maximum. D’autres chiffres donnent des rendements actuels autour de 20 %, pour un rendement maximal autour de 37 %, mettant en évidence quasiment un facteur 2 possible dans l’amélioration des rendements.

Ces gains seraient possibles par de multiples leviers, bien que certains de ces potentiels aient déjà été largement mis à contribution : downsizing, performance des systèmes d’injection, réduction des frottements divers, hausse du nombre de vitesses et leur pilotage, système stop & go, etc.

A court terme, l’évolution la plus simple et la plus significative semble l’hybridation des moteurs. Celle-ci s’applique plus facilement pour les moteurs essence qui regagnent de l’intérêt, et permet des gains de l’ordre d’1 L/100 km, et davantage encore en milieu urbain et pour les phases d’embouteillages où c’est le moteur électrique qui est utilisé. Cette hybridation doit donc se faire en priorité pour les véhicules dont l’utilisation en milieu urbain est majoritaire, sans quoi le surcoût de l’hybridation et le risque d’augmentation du poids du véhicule ne sont pas intéressants.

Une question de poids

 

Cette question du poids des véhicules est en effet d’importance, et sa hausse ces dernières décennies ou plus récemment avec la tendance des SUVs a eu un effet à la hausse sur les consommations et les émissions de CO2. Pour une baisse de 100 kg du poids d’une voiture : les consommations et émissions étaient inférieures de 0,5 L/100 km d’après le CAS, soit environ 12,5 gCO2/km ; inférieures de 5 gCO2/km d’après le CGEDD ; également inférieures de 4-5 gCO2/km en 2017 au niveau européen, alors que le chiffre était de l’ordre de 10 gCO2 au début des années 2000.

Ainsi ces dernières années, les gains d’efficacité se sont faits surtout sur les véhicules les plus lourds. Cependant, au sein des pays les plus avancés et ayant un prix élevé des carburants, les baisses de poids gardent un impact plus important sur les consommations pour les véhicules les plus lourds, que pour une baisse de poids équivalente pour des véhicules plus légers.

Les hausses de poids ont historiquement été portées par la hausse des équipements de sécurité, l’électronique embarquée, par des moteurs plus puissants et donc plus lourds, mais aussi par la hausse de la taille et du confort des véhicules. Sans évolution technologique, il est donc possible de faire en sorte d’orienter les ventes vers les véhicules les plus légers et les plus efficaces. Ils permettent en général de rendre les mêmes services, de nombreux véhicules lourds étant utilisés pour des trajets urbains pour lesquels ils sont même moins efficaces.

 

Il serait également possible de développer des véhicules très légers, des quadricycles de moins de 500 kg qui ont 2 places (tels qu’en électrique, la Renault Twizy ou la Citroën Ami). Les cibles pour ces véhicules pourraient être notamment les ménages seuls ou l’une des voitures des ménages multi-motorisés, 17 millions de véhicules rentrant dans ces catégories, soit plus de 50% du parc. De tels véhicules montrent qu’il est possible d’imaginer des intermédiaires entre le vélo, les deux-roues motorisés et la voiture, afin de créer des véhicules très légers et efficaces énergétiquement, mais qui offrent des services supérieurs au vélo classique.

En partant d’une voiture classique pour optimiser ses consommations, il est possible d’arriver sur des quadricycles légers qui consomment de l’ordre de 40 % de moins d’électricité pour la Twizy par rapport à la Zoé, avec un poids à vide 3 fois plus faible, une puissance plus de 4 fois inférieure, une batterie quasiment 7 fois plus petite, et un prix d’achat environ 3 fois plus faible.

Il est aussi possible de partir du vélo pour augmenter ses caractéristiques : le vélo à assistance électrique, les speed-pedelecs, les vélos cargos ou encore les vélomobiles permettent ainsi d’étendre son domaine de pertinence avec une très bonne efficacité énergétique. D’autres véhicules intermédiaires pourraient faire leur apparition pour combler des besoins pour lesquels le vélo classique est insuffisant, et la voiture surdimensionnée. 

 

Dimensions, aérodynamisme, puissance etc.

 

Pour maximiser les gains d’efficacité, la réduction des dimensions des véhicules devrait également se faire dans le sens d’une amélioration de leur aérodynamisme. La réduction des frottements au sol pourrait être un autre axe d’efficacité, en favorisant la diffusion de pneus avec une faible résistance au roulement, ou en s’assurant du bon niveau de pression des pneus.

La puissance des moteurs a également fortement augmenté historiquement et a quasiment triplé pour les véhicules neufs entre 1960 et 2017, afin de s’adapter à la hausse de poids, mais aussi par des hausses de l’accélération et de la vitesse maximale inutilement élevées (186 km/h pour la voiture neuve moyenne en 2017). Le CAS estime qu’un gain d’une seconde sur l’accélération de 0 à 100 km/h entraîne une surconsommation du véhicule de 0,3 à 0,6 L/100 km pour les moteurs diesel, et de 0,3 à 1 L en essence. De même, une hausse de la vitesse maximale de 10 km/h se répercute sur les consommations par une hausse de 0,2 à 0,4 L, puis de 0,2 à 0,6 L respectivement pour les moteurs diesel et essence. Ces caractéristiques pourraient être réduites, éventuellement en réduisant la vitesse maximale sur les routes les plus rapides, ou en bridant l’accélération ou la vitesse maximale des véhicules.

Ces évolutions favoriseraient également l’écoconduite, qui peut aussi se développer via des changements de comportement de conduite de la part des usagers. Enfin, la consommation des équipements présents dans la voiture pourrait être minimisée, notamment la climatisation qui consomme beaucoup, ou le chauffage qui peut aussi être une forte source de consommations pour les véhicules électriques, qui ne peuvent pas profiter de la chaleur du moteur.

 

Tous les leviers et les gains potentiels qui leur sont associés ne peuvent pas forcément s’additionner, car il existe de fortes interactions entre ces évolutions, dont il faut engager un cercle vertueux à la baisse pour réduire les consommations.

Si les gains technologiques permettent de réduire les consommations sans changements de comportements, ils ont aussi un coût, et devront être encore encouragés à l’avenir par les normes ou les incitations fiscales pour pouvoir se réaliser. Pour les évolutions de sobriété, l’acceptabilité est parfois plus difficile, car elle implique souvent des changements de comportements.

Enfin, il faut noter que le renouvellement du parc repose essentiellement sur une faible fraction de la population, puisqu’environ 2 millions de voitures neuves sont achetées chaque année (50% environ par des personnes morales, 50 % par des particuliers), tandis que 5,6 millions de voitures sont vendues sur le marché de l’occasion.

Pour s’aligner sur la trajectoire de la SNBC, il est indispensable d’utiliser des incitations financières bien plus fortes, notamment en augmentant le montant des malus, avec un ajout éventuel des critères de poids ou de puissance, ou des normes plus restrictives.

 

Aurélien Bigo

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Cet article reprend des éléments du travail de thèse « Les transports face au défi de la transition énergétique. Explorations entre passé et avenir, technologie et sobriété, accélération et ralentissement », soutenu fin 2020. L’ensemble des documents (thèse, résumé, vidéo de soutenance) est disponible sur le lien suivant : http://www.chair-energy-prosperity.org/publications/travail-de-these-decarboner-transports-dici-2050

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