La consommation d’énergie par type de transport

Mode de transportation Energie consommée pour 1000 km parcourus (kg d’essence équivalent) Quantité de CO2 émise (tonnes)
Automobile 47 123
Avion moyen courier 39 123
Moto moyenne 38 116
Bus 17.3 5.5
Train 8 14
TGV 7 8

Table 4 dans Ngo, page 344. Les calculs sont effectuées à l’aide d’un programme de l’Ademe (www.ademe.fr)

 

Mieux vivre, en ville et ailleurs

Poster 10

emmissions Réduire les émissions des gaz à effet de serre : le rôle des villes

Pour atteindre les objectifs de réduction de 75% des émissions de gaz à effet de serre en 2050, il ne suffit pas de faire attention à éteindre les lumières quand on sort d’une pièce, ni même de remplacer  les lampes pour des modèles à basse consommation. Le problème est plus vaste.

En général, en France,  les transports (de personnes et de marchandises) et le bâtiment ( chauffage, éclairage, cuisine et salle de bain, multimédia) sont les principaux émetteurs de gaz à effet de serre (Voir par exemple le cas de Nice,  dixième plus grande ville de France). C’est là qu’il faut agir en priorité pour atteindre une réduction massive  (75%). Pour atteindre un tel niveau de réduction dans le futur, il faut changer les modes de transports et l’organisation des villes,  la construction et le chauffage des bâtiments,  la production d’énergie  et de biens, le recyclage, et même les habitudes alimentaires, … 1

Les  villes ont un rôle important à jouer : 50 % de la population mondiale vit dans les villes. Elles se sont développées  sans se soucier  de consommation d’énergie ou d’émission de gaz à effet de serre.  Aujourd’hui 70 % des gaz à effet de serre viennent des villes. En contrepartie, c’est dans les villes que les mesures  de réduction des émissions ont le plus d’impact et devraient permettre de réduire considérablement les émissions de CO2. Les grandes villes y travaillent déjà, en France et dans le monde 2. Ces objectifs sont atteignables,  avec de l’électricité, des  transports, des infrastructures plus propres,  et avec  de petites modifications du mode de vie.

La première étape consiste à effectuer des mesures pour identifier exactement les activités les plus émettrices de gaz à effet de serre.

performancePerformance énergétique des bâtiments.

thermal imaging of a multi-story building

Pour réduire la consommation d’énergie et les émissions de gaz à effet de serre  des bâtiments  on peut réduire leur besoin de chauffage et de climatisation, et leur consommation d’électricité.

La réduction massive des émissions de gaz à effet de serre dues au chauffage  demande :

1-      d’isoler thermiquement le logement de façon à réduire la consommation d’énergie. Ceci permet aussi des économie l’été sur la climatisation dont l’usage va devenir plus fréquent avec le réchauffement climatique.

2-      de remplacer le système de chauffage (surtout  s’il  est au fioul) par une chaudière à  bois, une pompe à chaleur ou un chauffage géothermique.

Le coût total d’une telle opération de rénovation  est  de plusieurs dizaines de milliers d’euros par logement, une somme trop importante pour de nombreux propriétaires.  Au coût actuel de l’énergie, une transformation totale d’un logement est rarement rentable financièrement en moins de 10 ou 20 ans. Pour 30 000 000 de logements au niveau de la France entière, le coût peut atteindre environ 1 000 milliards d’euros.  Par comparaison, la facture des énergies fossiles est de 80 milliards par an. Il s’agit donc d’investir des sommes gigantesques pour effectuer des transformations nécessaires, mais qui seront rentables en général seulement à long terme. Il s’agit donc d’un très gros problème économique auquel il faut trouver des solutions.

De façon générale, il est nécessaire de consommer moins d’énergie.  C’est pourquoi les radiateurs électriques sont remplacés par des pompes à chaleur, et les nouveaux appareils ménagers consomment moins d’énergie que les précédents.

transportsLes transports

Dans de nombreuses villes moyennes ou grandes,  la voiture est toujours la  reine des moyens de transport. Pourtant la plupart des trajets  en voiture sont des trajets courts (moins d’un ou deux km ) et on peut penser que  la ville peut offrir une grande variété de moyens de transports  capable de la remplacer : bus, tramway , métro, voitures électriques, vélos, rollers, trottinettes …

Mais on s’aperçoit que la création de nouveaux services de transports en commun ne fait pas forcément diminuer la circulation automobile : les habitudes ne changent pas facilement.

Pour provoquer un changement d’attitude des usagers, ces nouveaux moyens de transport doivent être accompagnés de services ou d’avantages qui peuvent contrebalancer un confort moindre : rapidité, prix, …3.  Certaines mesures ci-dessous par exemple, pourraient inciter les particuliers à utiliser une combinaison de transport en commun et de vélo électrique pour se rendre au travail :

  • Accepter les vélos et vélos électriques dans les parking gardés près des gares, pour faciliter leur utilisation entre domicile et gare.
  • disposer  d’une case près du parking  à vélo pour y ranger son casque est un vrai plus avant de poursuivre son voyage avec un autre moyen de transport
  • Les informations arrivant sur les smartphones à propos de l’état du trafic ou du remplissage des parkings permettent aussi aux usagers de se diriger vers la meilleure solution et font gagner du temps.
  • Des vélos ou vélos électriques en libre service disponibles à la sortie des gares pour achever le trajet rapidement, lorsque gare et lieu de travail sont séparés d’un kilomètre ou plus.

D’autre part,  même avec un réseau dense de moyens de transports diversifiés, les voitures ne peuvent pas être remplacées facilement pour certains usages, par exemple pour aller dans les supermarchés qui se sont développés en périphérie des villes. Alors, les voitures vont elles disparaître des villes ? Cela suppose de changer d’habitude, et de changer aussi l’organisation de la ville. L’arrivée de voiture hybrides et voitures électriques permettra aussi de faire baisser les émissions de CO2

A noter que l’énergie stockée dans les  batteries des véhicules électriques sera bientôt  loin d’être négligeable.  Elles pourraient  servir à stocker l’énergie pour la restituer au réseau en cas de surcharge, permettant de compenser leur prix élevé.

organisationL’organisation de la ville

Au cours des 50 dernières années, la plupart des villes se sont développées en s’étalant : en périphérie des villes les centres commerciaux et de nouvelles zones d’habitations ont vu le jour, très mal desservies par les transports en commun. La possession d’une voiture  y rend de tels services qu’elle est devenue une priorité, rendue possible par le prix bas des carburants. 4. Cette organisation est à l’origine de bien des pollutions de l’air, de l’eau, et de l’occupation de bonnes terres agricoles par les villes.

Il s’agit dans le futur d’organiser différemment la ville pour qu’il ne soit pas utile de posséder une voiture. L’idée est de rapprocher logements, services (crèches, écoles, magasins) et loisirs (jardins,  lieux de culture et  loisirs).   C’est sur ce  modèle que sont conçus les écoquartiers qui voient le jour à travers le monde. Cette transformation de la ville est une opération de longue haleine,  qui se construit petit peu par petit peu. Ces transformations de la ville prennent des années,  mais elles auront des conséquences importantes pendant des dizaines d’années.

Utiliser les énergies renouvelables

Actuellement, l’électricité est produite essentiellement par des centrales nucléaires qui n’émettent pas de gaz  à effet de serre.  Néanmoins, lors des pics de consommation, le soir, ou lors de vagues de froid ou de chaleur, la production d’électricité est assurée par des centrales thermiques classiques qui fonctionnent avec des combustibles fossiles. Des recherches sont menées pour stocker le CO2 émis par ces centrales thermiques de façon à ce qu’il ne soit pas envoyé dans l’atmosphère. Pour  rendre l’électricité moins carbonée, les collectivités (villes, régions)  peuvent aussi produire des énergies renouvelables :

– de l’électricité dans des centrales solaires ou éoliennes adaptées à leur territoire et leurs besoins. Elle est  vendue au réseau. Une gestion intelligente de celui-ci permet de distribuer cette électricité  en fonction des besoins locaux.

– de la chaleur par géothermie, ou lors du  traitements des déchets.

Valoriser les déchets

En moyenne, un Français produit près de 300 kg de déchets par an, soit environ 1 kg de déchets ménagers par jour … En 2050 ce chiffre aura diminué;  mais la collecte des déchets et leur valorisation restera une préoccupation majeure des agglomérations.   Traiter les déchets, permet  d’éviter les pollutions, de réduire l’impact de la consommation de matières premières, de réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Les déchets peuvent être valorisés de plusieurs façons :
  • Le recyclage  consiste à fabriquer de nouveaux produits ou nouveaux emballages à partir des emballages récupérés, ce qui préserve des ressources naturelles. Par exemple une tonne de canettes d’aluminium recyclée évite l’extraction de deux tonnes de bauxite.  En 2010, le recyclage des déchets ménagers s’est élevé à 3  millions de tonnes permettant une limitation d’émission de presque 2 millions de tonnes de CO2.
  • La combustion des plastiques permet de produire de l’énergie. Par exemple,  le recyclage d’une tonne de plastique permet d’économiser 650 kg de pétrole.
  • les cartons, papiers et végétaux peuvent être transformés en compost
  • Certains déchets demandent des traitements particulier comme les batteries, les médicaments…5.

Par exemple, dans l’éco-vallée du Var, le Syndicat Mixte d Élimination des Déchets6 a pour missions principales de trier les déchets du tri sélectif et de produire du compost à partir des ordures ménagères comme on le voit ici http://www.valleeduvar.fr/fiches/trier_valoriser_dechets/Presentation_usine_smed_broc.pdf

compost-au-brocalpes-maritimes

.Pour ce qui est de l’incinération, les anciennes installations ne se préoccupaient pas de récupérer chaleur et énergie. Par exemple dans la vallée de Chevreuse (175 000 habitants), la chaleur n’est récupérée que sur un seul des deux  fours de l’usine SIOM (avant travaux en 2012), la chaleur du four le plus ancien ne servant qu’à chauffer l’air.  A l’avenir une efficacité énergétique de plus de 65 % est recherchée, et la rénovation de l’usine vise la production de 18 GWh/an d’électricité, dont la moitié consommée par l’usine, et une production de chaleur récupérée  et valorisée de 100 GWh/an. Ces activités sont rentables puisque linvestissement réalisé permet de vendre chaleur  (1,3 M€ par an) et électricité (0,66 M€ par an), en économisant de l’eau (0,26 M€ par an). L’investissement sera donc  remboursé en environ 13 ans 7

mesurerLes smart grids pour une gestion intelligente de l’énergie

Dans les bâtiments et les villes, des ensembles de capteurs permettent de ne distribuer l’énergie que là où elle est utile : capteurs de présence pour éteindre ou baisser le chauffage de pièces inoccupées, l’éclairage des bâtiments publics,  des bâtiments et des rues …

Si ces données sont centralisées sur un ordinateur qui s’en sert pour piloter la distribution d’énergie, on parle de « smart Grid », c’est à dire, mot à mot  « réseau intelligent ». L’énergie est distribuée en fonction des besoins,  des pics de consommation,  … et de la production disponible. Le point important est d’abord l’information  fournie par une multitude de capteurs. L’ordinateur n’est pas très « intelligent » puisqu’il ne fait que piloter le réseau selon les scénarios qu’on lui a fourni. Les prévisions de la météo permettent d’anticiper la demande, de prévoir les pics de consommation, réagir à temps.

Les expériences en cours montrent que l’on peut ainsi atteindre des réductions de 10 à 30 % de  la consommation électrique, selon les villes et les installations.  Ces systèmes permettent de passer plus facilement les pics de consommation, qui sont les plus coûteux et les plus polluants. Cela rend aussi le réseau plus sûr, et moins cher.

Des projets démonstrateurs voient le jour en Europe8, en France en particulier le projet Nice Grid  dans la plaine du Var9, qui inclut une production décentralisée d’énergie par panneaux solaires, des systèmes de stockage électrique par des batteries, et environ 1500  consommateurs, qui sont à la fois des particuliers, des bureaux et des installations collectives. L’ensemble peut aussi recevoir  de l’électricité du réseau, ou lui en fournir10
Nice Grid

Mesurer pour pouvoir réduire

Comment réduire sa consommation d’énergie, ou ses émissions de CO2 si on ne connait pas  les gestes ou les appareils qui émettent le plus ?

En l’absence de compteurs il faut se fier à quelques règles générales :

  • Utiliser de l’électricité la plus décarbonée possible, en dehors de heures de pointe :  limiter  les dépenses d’énergie électrique entre 18 et 21 h.
  • Pour le transport : en voiture, favoriser  le covoiturage, sinon les autres transports terrestres.
  • Pour l’habitat : dans le futur l’énergie coutera plus cher, penser à prévoir des travaux. Savoir aussi que rideaux et volets limitent la fuite de calories en cas de froid. Si la chaudière est à changer, favoriser le bois.
  • Nourriture : produits de saison locaux, moins de surgelés, moins d’emballages, et moins de viande rouge.
  • Favoriser le recyclage, trier les déchets.

Les émissions de CO2 aujourd’hui et en 2050

emissions-co2-2050

L’exemple donné ci-dessus, en 2010, est celui du cas particulier, qui n’est pas forcément représentatif d’un français moyen. Il s’agit de l’émission de CO2 par un membre d’une famille de 4 personnes, qui habite un logement chauffé au fioul et mal isolé, dont un membre utilise une voiture tous les jours, et prend l’avion de façon exceptionnelle. L’émission de CO2 pour chaque personne est de 4,7 tonnes par an, ce qui est plus faible que la moyenne française : selon les études, celle-ci se situe entre 7,5 et 10 tonnes équivalent CO2 par an en France en incluant les autres gaz à effet de serre, comme le méthane émis dans l’agriculture.11

Le graphe montre comment les émissions de CO2 auront pu être réduites en 2050 par une famille similaire. En remplaçant la chaudière par une chaudière au bois, en utilisant un véhicule hybride ou électrique ou plus souvent les transports en commun, l’émission de CO2 est réduite de 2,8 tonnes par an, soit plus de la moitié des émission actuelles. Les biens de consommation et la production de nourriture produisent aussi moins de CO2, car l’énergie utilisée a été rendue moins productrice de carbone.  Les cantines de collèges ont par exemple été transformées pour ne pas utiliser de cuisson au gaz, ou de produits surgelés.A la maison, l’eau chaude sanitaire et l’électricité n’émettent quasiment pas de CO2, sans doute par l’usage d’électricité produite par des énergies renouvelables. Des panneaux thermiques fournissent peut être l’essentiel de l’eau chaude sanitaire.Le recyclage des déchets par la collectivité permet aussi d’abaisser le niveau d’émission de CO2.Dans cet exemple, en 2050, les émissions de CO2 atteignent 1,8 tonnes de CO2 par an, ce qui est encore un peu dessus de la moyenne de 1,5 tonne requise par les accords internationaux. Descendre au dessous de cette valeur demanderait à cette famille de- réduire encore les émissions dues au transport, par exemple en utilisant moins l’avion ou à condition que celui ci utilise des carburants non fossiles.

– réduire les émissions liées aux biens de consommation, soit en faisant plus attention à sélectionner des produits à basse émission, soit en différant les achats. Pour ce qui est de l’alimentation, éviter les viandes rouges permet de réduire les émissions de CH4.

L’énergie grise de construction de la maison, a été aussi très diminuée : la famille a emménagé dans un habitat construit selon de nouvelles normes qui prennent en compte les émissions de CO2 dues à la construction.

Exemples d’écoquartiers

ecoquartier-de-bonne-vue-panoramique

Références

  1. En France, en moyenne,  47% de l’énergie produite est utilisée par les ménages pour leur usage domestique.  Tout le monde croit que c’est le chauffage de l’eau qui consomme le plus d’énergie. En fait la consommation d’une résidence principale se répartit en moyenne de la manière suivante : 69% pour le chauffage,  et seulement 12% pour la production d’eau chaude sanitaire, 12% aussi pour des besoins spécifiques en électricité comme l’éclairage ou le réfrigérateur, et 7% pour la cuisson des aliments. []
  2. voir les plans climat énergie des villes de plus de 50 000 habitants  http://observatoire.pcet-ademe.fr/ []
  3. voir  les recherches sur l’usage du  vélo à assistance électrique à l’IFSTARR, et le site http://www.cleanenergyplanet.com/ []
  4. Dans une jolie petite ville du sud de la France, Lambesc (10 000 habitants), en PACA,  il a été calculé que les parents parcouraient chaque jour 6 500 km en voiture pour accompagner leurs enfants  à l’école ! La cause était que les établissements scolaires étaient tous regroupés au même endroit de la ville.  L’ouverture d’écoles dans d’autres quartiers a entrainé la diminution de ce nombre de kilomètres journaliers []
  5. voir http://www.smed06.fr/index.php?id=3396  dans l’Eco Vallée du Var ou : http://www.siom.fr/search/node/Upload   dans la vallée de Chevreuse dans la région parisienne []
  6. le site  http://www.valleeduvar.fr/index.php?page=dechets  contient de nombreux documents sur le traitement des déchets et le SMED []
  7. source : Présentation du fonctionnement de l’UION du Syndicat Intercommual des Ordures Ménagères de la Vallée de Chevreuse, par Yves Faure et http://www.dailymotion.com/video/xmjpx1_table-ronde-3-yves-faure-president-du-siom-91_news#.UdGDGqy0P50 []
  8. http://www.grid4eu.eu/ []
  9. http://www.nicegrid.fr/grid4eu-14.htm []
  10. voir un schéma de Nice Grid ici :http://www.nicegrid.fr/scripts/tinymce/uploaded/schemademonstrateur.png et un film de présentation http://www.youtube.com/watch?v=qsvaRarvV-E&feature=player_embedded []
  11. Pour les statistiques globales concernant nos émissions de gaz à effet de serre,  voir
    http://www.ipsos.fr/ipsos-public-affairs/actualites/2011-03-28-l-observatoire-bilan-carbone-menages
    -Carbone 4 http://www.carbone4.com, dans  La Lettre du Carbone N°2 de septembre 2011, donne des chiffres supérieurs de 10,5 tonnes par an et par personne, tous gaz à effet de serre confondus : http://www.carbone4.com/download/lettre_du_carbone/La_Lettre_du_Carbone_2.pdf []

Les transports de demain

Poster 9

14litres Batteries et agro-carburants pour les transports

Le moteur à explosion est une invention du 19 ème siècle, place aux nouvelles inventions !

Rien qu’en France 150 000 tonnes de pétrole partent chaque jour en fumée dans les moteurs ! Dans le monde, 8 milliards de litres !  Et le nombre de voitures dans le monde ne cesse d’augmenter ! De plus, dans un moteur à explosion seuls 25% environ de l’énergie contenue dans l’essence ou le gasoil sert à faire tourner le moteur. L’essentiel de l’énergie part en chaleur, alors que chaque litre d’essence libère 1 200 litres de CO2.

A l’avenir comment remplacer ce pétrole (et autres fossiles) ?

  • Par de l’électricité : de nombreux véhicules seront électriques si le prix des batteries devient compétitif. Mais il faudra alors augmenter la capacité de production d’électricité : si on remplaçait tous les réservoirs d’essence par des batteries,  la consommation d’électricité augmenterait de180 TWh d’électricité  par an, rien qu’en France1 , c’est-à-dire  qu’il faudrait augmenter d’un tiers la production électrique française actuelle.
  • Par des agro-carburants, de l’hydrogène ou du méthane, produits massivement de façon durable. Cela sera peut-être possible par l’utilisation de micro-algues.

Mais dans tous les cas, la solution sera plus facile à trouver si la consommation d’énergie diminue, en baissant la part de la voiture dans nos déplacements avec des transports en commun par exemple !

velo electrique Le vélo électrique

Il y a plus de 100 millions de vélos électriques en Chine !

La bicyclette est le moyen de transport le plus économique.  Elle utilise la force musculaire. Avec une assistance électrique, elle reste faite pour les petits trajets. Par définition sa vitesse est limitée à 25 km/h. La batterie (2 à 3 kg) possède une autonomie proche de 50 km, elle est capable d’absorber les côtes les plus raides, et le prix de l’électricité est inférieur à 1 euro les 1000 kilomètres.  En comptant le prix du vélo et de la batterie, le prix du  km est inférieur à 3 centimes ! Elle est utile à la campagne et zones peu denses, par les chemins et petites routes. En ville, il faut des adaptations : parkings sécurisés, bornes de recharge, voies aménagées pour les cycles.

voiture basse consommation La voiture basse consommation

Une automobile consomme entre 20 et 40 fois ce que consomme un vélo pour parcourir la même distance, à cause de son poids et de sa vitesse bien plus grande.

Plus la voiture est légère, moins elle a d’inertie,  et moins elle a besoin d’énergie à l’accélération. Réduire la masse des voitures permet de réduire leur consommation. Mais ce n’est pas la seule façon de la réduire.

Par exemple les pneus dissipent de l’énergie en changeant de forme quand ils roulent, les pneus « verts » permettent une réelle économie. L’arrêt du moteur aux feux rouges constitue aussi un gain en ville. Mais l’hybridation permet d’envisager des réductions encore plus importantes de la consommation2

voiture hybride La voiture hybride

Une voiture hybride électrique possède deux moteurs : un moteur à essence et un moteur électrique.

La  Prius de seconde génération, qui fait référence dans le domaine rejette environ 90 grammes de CO2 dans un circuit urbain : son moteur électrique prend le relais dans les embouteillages, dans les accélérations, … et la batterie qui l’alimente se recharge au freinage : l’énergie de la vitesse, plutôt qu’être perdue en chaleur dans les freins, est convertie en électricité et recharge la batterie. Pour ceci,  il n’est besoin que d’une batterie capable de stocker 2 ou 3 kWh. En technologie NiMH, elle ne pèse que 30  kg.  Elle offre une autonomie très réduite de quelques kilomètres, mais l’intérêt est ailleurs :  la gestion astucieuse de l’énergie permet de réduire la consommation de carburant d’un facteur 2 en ville ainsi que les émissions de CO2.

Mais sur l’autoroute seul, le moteur thermique fonctionne, et l’hybridation n’apporte aucun avantage sur la consommation ou le rejet de CO2.

La voiture hybride chargeable

Les batteries faisant encore des progrès, elles  permettront, pour quelques kilogrammes de plus, une autonomie de 30 à 40 km. Les voitures hybrides pourront être rechargées à l’arrêt, pour ne rouler que sur batterie, en ville. Ce sont les hybrides chargeables ou hybrides « plug-in ».

La voiture hybride à air comprimé

Une variante de la voiture hybride consiste à utiliser l’air comprimé pour stocker l’énergie perdue au freinage. La capacité d’une bombonne de 80 litres pouvant supporter une pression de 300 bars (environ 300 fois la pression atmosphérique), est de l’ordre de  3 kWh3. Mais lorsque l’on comprime l’air, il chauffe, et lors qu’il se détend il refroidit, et seule une partie de l’énergie peut être convertie en énergie de mouvement, pour quelques kilomètres.  L’autonomie d’une voiture fonctionnant uniquement à l’air comprimé est très réduite. Mais dans un système hybride elle permet d’économiser plus de 30 % de carburant en ville.

Pour ce qui est du prix,  pour l’instant, les véhicules hybrides, quel que soit leur nature, sont plus chers que les véhicules conventionnels.

voiture electrique La voiture électrique est-elle propre ?

En France, 80 % des trajets sont inférieurs à 80 km. La voiture électrique y est très bien adaptée. Mais est-elle vraiment plus propre ?

D’abord combien consomme-t-elle ? Une voiture consomme entre 20 et 40 fois l’énergie d’un vélo. Pour les trajets inférieurs à 150 km, un réservoir de 30 kWh suffit, comme une batterie au lithium-ion de 200 kg.  Par contre l’autonomie décroit si les phares, ou surtout le chauffage, sont utilisés. Le rechargement de la batterie s’effectue sur une prise électrique, et prend entre 6 à 8 heures à cause de la limitation du réseau électrique. Les batteries pourraient être chargées en moins d’une heure avec des bornes « flash » de 40 kW de puissance, mais le réseau ne serait pas capable de supporter que des dizaines de milliers de voitures se chargent à la même heure.  De plus ce type de charge rapide détériore la batterie (pour en savoir plus, à ce sujet, voir les recherches menées à l’IFFSTAR ).

Pour ce qui est du CO2, combien une voiture électrique en émet-elle  ? En fait, cela dépend de comment l’électricité est produite : avec du charbon, qui émet 1 000 g de CO2 par kWh électrique produit, une voiture Li-ion émet presque 250 g au kilomètre, contre moins de 160 g pour une voiture à essence moderne, et encore moins pour une voiture hybride, en ville.  En France et dans d’autres pays où la fabrication d’électricité émet peu de  CO2 (entre 45 et 85 g de CO2 en France selon l’heure), la voiture électrique a un impact positif.

Quant à l’ensemble du CO2 émis durant la construction et le recyclage, il représente des centaines de kilos de CO2 par an sur toute la durée de vie de la voiture, pour une voiture à essence comme pour une voiture électrique. Allonger la durée de vie des véhicules permet d’amortir l’impact de leur construction.

Le prix des voitures électriques est encore très élevé, à cause du prix des batteries. Diminuer la masse des batteries, allonger leur durée de vie, permettra de baisser leur prix et être compétitif.

Enfin un autre avantage de la voiture électrique est l’absence de rejets de polluants comme les oxydes d’azote ou les particules, en particulier en ville.

fille Le covoiturage

N’utiliser qu’une voiture, et voyager ensemble, c’est plus sympathique. Cela demande plus de souplesse, un peu plus d’organisation, mais quelle économie ! Une seule voiture qui se déplace au lieu de deux ou trois, ça fait une vraie différence à la longue !

bus Le casse tête des transports en communs

Un trajet en bus consomme 3 fois moins d’énergie qu’en voiture, et un trajet en train 6 fois moins.

L’usager se satisfait des transports collectifs lorsque le réseau est dense, dans des très grandes villes comme Paris. Ainsi il peut plus ou moins rapidement atteindre sa destination. Cela suppose de nombreux équipements qui, forcément, circuleront à vide, ou presque, aux heures creuses. Or un autobus, par exemple, qui ne circule qu’avec un ou deux passagers, consomme plus d’énergie et pollue plus qu’une voiture particulière transportant ceux-ci.

Dans les périphéries des villes, en grande banlieue – l’habitat est dispersé et un réseau de transports en commun est peu rentable. Il est plus intéressant d’utiliser un système mixte,  dans lequel le voyageur se rend par lui-même à la gare la plus proche, puis effectue le reste du trajet en transport en commun.

A la station d’arrivée,  il doit pouvoir trouver un moyen de transport (bus, minibus, vélo, …) pour rejoindre rapidement sa destination finale,  s’il en est encore à quelques kilomètres. D’où l’idée aujourd’hui de transformer certaines gares en grands centres multimodaux.

avion Quelles solutions pour les avions ?

Les avions consomment presque autant d’énergie par passager qu’une voiture 4.  Et pour un aller retour Paris – New York, c’est une tonne de CO2 qui est émise par passager !

Les émissions de CO2 de l’aviation représentent 2,5 % de toutes les émissions fossiles, et 12 % de celles liées au transport. La question semble donc moins cruciale que pour le transport terrestre. Mais, d’une part le trafic aérien est en forte hausse, d’autre part, l’ensemble des émissions des avions ( CO2 et autres) ont un effet double au niveau de l’effet de serre (http://elib.dlr.de/59761/1/lee.pdf)

Pour limiter l’impact de l’aviation sur le climat,  les améliorations sur les moteurs et les avions seront essentielles.  Mais développer des solutions  pour remplacer à terme les combustibles fossiles va être nécessaire : les agro-carburants liquides et l’électrification ( batteries ou piles à combustible à l’hydrogène) sont les deux options les plus prometteuses .

Les agrocarburants de seconde génération ont déjà été testés sur des avions.  C’est la solution la plus simple, mais elle n’empêche pas une augmentation de l’effet de serre, car  l’ajout de CO2 en altitude a un impact plus important. L’avantage des réacteurs à hydrogène est de ne pas polluer du tout si l’hydrogène est produit par électrolyse utilisant de l’électricité produite sans émission de CO2 ou dans le futur, il est produit par des microorganismes de façon durable. Le problème qui limite  l’utilisation de l’hydrogène dans les transports est celle du poids des réservoirs (voir plus loin).

bateau Le transport de marchandises

Par km parcouru,  les trains, les porte-conteneurs, les péniches et les semi-remorques sont les modes de transport les plus efficaces du point de vue énergétique : chaque tonne transportée ne coûte que  quelques grammes de pétrole (entre  5 et 20 grammes). Les camionnettes et les avions consomment plus de 10 fois plus. Les trajets effectués en voiture personnelle consomment encore plus : environ de 3 à 5  kg de pétrole par km et par tonne de marchandises transportée. ( Voir la consommation des différents moyens de transport de marchandises)

Par exemple, pour livrer des marchandises (des tomates, des boissons, du riz, etc.), dans un magasin à 500 km du lieu de production, il faut 10 kg de gazole par tonne de marchandise voyageant dans un gros camion bien rempli de 30 tonnes (soit 300 kg de gazole  pour le moteur du camion) . Si  cette marchandise est achetée par 3 000 personnes (10 kg de marchandises chacune), devant faire 10 km en voiture aller-retour pour s’approvisionner au magasin, ces petits  trajets cumulés consomment en tout 1 500 kg de pétrole. Au niveau du transport, finalement, cette étape liée au consommateur est tout sauf négligeable dans le cycle de vie de l’objet. C’est le problème des centres commerciaux  qui ne sont accessibles qu’en voiture, loin des zones d’habitation. Ils ont été conçus quand on n’avait pas bien pris conscience des inconvénients des combustibles fossiles : on a laissé les zones commerciales s’installer à la périphérie des villes, et les villes s’étaler. Pour favoriser les économies d’énergie, des systèmes de livraison aux particuliers ou un retour au commerce local pourraient voir le jour, sous contrainte de présenter un coût peu élevé pour le consommateur.

ferroutage Et le ferroutage ?

Les émissions de CO2 sont de l’ordre de 100 fois plus faibles que celles d’un camion.

Le ferroutage, c’est à dire le transport associant le rail – sur les longues distances – et la route – sur les petites distances au départ et à l’arrivée – est intéressant en termes énergétiques et de pollution. Bien développé en Europe (il est en particulier très utilisé sur de longues distances entre l’Allemagne du Nord et les pays du Sud) ce mode de transport a du mal à s’imposer en France. En effet, 80 % du transport de marchandises en France se fait par la route et le rail ne contribue qu’à la hauteur de 12 %.

En 2007 une liaison quotidienne entre Perpignan et le Nord de la France a été mise en place. Cette liaison permet de transporter 30 000 remorques par an, soit environ 10% du trafic allant de la frontière Espagnole au Luxembourg. Elle réduit le coût du transport d’environ 10 % ainsi que la durée du trajet (14h30 au lieu de 17 à 22 heures). L’objectif est d’atteindre 300 000 camions par an à l’horizon 2012-2014 avec une dizaine de trajets quotidiens.

routes Routes, ponts et infrastructures

Routes, ponts, voies ferrées,  bâtiments … leur construction demande de l’énergie  et des ressources.

L’essentiel du bitume utilisé en France l’est sur les routes et les 2/3 des bétons sont destinés aux bâtiments et ouvrages d’art. La construction des infrastructures consommera-t-elle moins d’énergie dans le futur ? Il s’agit de diminuer les ressources nécessaires à leur construction, et surtout d’allonger leur durée de vie.

Par exemple,  un pont actuel a une durée de vie d’environ 100 ans. Au bout de 100 ans il faut pouvoir le modifier ou le détruire pour en construire un nouveau. A ce moment on est face à un casse-tête car la démolition n’a pas été prévue au départ, et  l’opération coûte très cher. Certes, les vieux matériaux de construction peuvent  être valorisés. Mais surtout, on réaliserait une économie importante  si l’on prévoyait  comment déconstruire les ouvrages d’art au moment de leur construction.

batterie Les batteries  du futur.

Les batteries stockent l’énergie sous forme chimique et la rendent sous forme électrique. Il s’agit de faire des batteries plus respectueuses de l’environnement.

Une voiture devant rouler entre 150 et 200 km a besoin d’au moins 30 kWh d’énergie utile. Environ 200 kg de nouvelles batteries (batteries au lithium) peuvent stocker cette énergie, avec une durée de vie autour de 100 000 km. Les batteries au Plomb par contre représentent une masse bien trop importante pour être utilisées ainsi.

Mais les  procédés actuels de production des batteries sont énergivores : la fabrication et le recyclage d’un kWh de batterie demandent environ 380 kWh, et libèrent 100 kg de CO2 !5. Pour l’avenir, il existe de nombreuses pistes de recherche : Par exemple actuellement, ce sont les électrodes des batteries qui sont les pièces les plus coûteuses en énergie à fabriquer. Il faudrait réussir  à les fabriquer en utilisant la chimie verte à partir de la biomasse : par exemple, un matériau composé de fer de phosphore et d’oxygène (FePO4) utilisé actuellement pourrait être, un jour, réalisé de façon biologique par des bactéries.

Un autre objectif qui est poursuivi dans les laboratoires de recherches aujourd’hui est de concevoir des batteries à base de végétaux. Elles utiliseraient des électrodes entièrement organiques, donc plus facilement recyclables, pour un coût faible. Peut-être verront-elles le jour dans 10 ou 20 ans ?

hydrogeneL’hydrogène dans les transports

L’hydrogène et les véhicules à pile à combustible.

Dans les véhicules à hydrogène, une pile à combustible produit de l’électricité qui est utilisée pour alimenter le moteur électrique du véhicule avec une batterie tampon.

L’avantage de l’hydrogène est que dans une « pile à combustible »6 le rendement pour fournir de l’électricité peut atteindre 50 %. En outre la pile fournit de la chaleur et de l’eau, produits par la réaction entre hydrogène et oxygène, mais pas de gaz à effet de serre ni autre polluant.

Il y a quand même quelques problèmes … le principal est que pour effectuer cette réaction entre hydrogène et oxygène, la pile a combustible utilise un « catalyseur », qui pour l’instant est en platine, un métal excessivement cher. Si toutes les voitures roulaient à l’hydrogène, elles utiliseraient presque 300 fois la production annuelle actuelle de platine …  il faudrait donc vraiment trouver d’autres matériaux catalyseurs. D’autre part, il faudrait aussi  produire l’hydrogène par électrolyse : de l’ordre de 250 à 300 TWh par an, ce qui représente 25 à 30 réacteurs nucléaires de 1 GW électrique ou 50 000 ou 60 000 éoliennes d’une puissance de 2 MW. Il faudrait aussi installer des distributeurs d’hydrogène partout sur les routes et en ville, en plus ou à la place des pompes à essence. On voit combien les investissements à réaliser sont importants.

Malgré ces difficultés, la voiture la hydrogène va-t-elle s’imposer pour remplacer l’essence ?  L’hydrogène est un gaz très léger, mais le principal problème à ce jour réside dans le réservoir ! Pour contenir de l’hydrogène sous pression il faut une bonbonne (en acier ou matériau composites) solide et  lourde de plusieurs dizaines de kg devant de plus offrir des garanties de sécurité en cas d’accident.  D’autres types de réservoirs sont envisagés dans le futur,  l’hydrogène étant stocké dans des matériaux servant en quelque sorte d' »éponges », ce qui éviterait ce défaut important. Pour l’instant ils sont encore peu adaptés aux contrainte d’une voiture. (Pour en savoir plus sur les réservoirs pour l’hydrogène, cliquer ici)

Renault-Nissan, Damler et Ford ont signé un accord début 2013 pour développer ensemble des voitures à hydrogène d’ici 20177. C’est que la pile à combustible apporte l’autonomie dont ne dispose pas le véhicule électrique équipé de batterie

s, tout en gardant les mêmes qualités (absence de pollution et limitation du bruit), un argument intéressant pour les consommateurs si le coût ne se révèle pas prohibitif.

ressources Recyclage des batteries et des matériaux

Nous entrons dans la société du recyclage.

L’utilisation de  batteries à grande échelle dans les transports implique un recyclage à grande échelle aussi du lithium, du cobalt et autres métaux utilisés dans les batteries. Des projets et des développements sont aujourd’hui en cours pour répondre à cette question.

D’ailleurs c’est l’ensemble de notre consommation qui est concernée par le recyclage : les déchets contiennent des ressources, qui ne doivent pas être gaspillées, celles-ci étant limitées sur notre Terre. C’est le principe général de l’économie circulaire.

Références Références

  1. 150 000 tonnes * 11 600 (kWh/tonne) * 365 j * 0,25  / 0,9 sous forme électrique []
  2. http://changement-climatique.ifpen.fr/dans-le-transport-faire-le-plein-d-economies []
  3. Le moteur hybride à compression http://www.lepoint.fr/auto-addict/innovations/tout-savoir-sur-l-hybrid-air-de-peugeot-et-citroen-23-01-2013-1619225_652.php []
  4. aujourd’hui un peu moins, grâce aux progrès faits sur les réacteurs []
  5. Les recherches sur  les batteries :http://www.celluleenergie.cnrs.fr/IMG/pdf/14-jean-marie_tarascon.pdf []
  6. Une présentation de Pragma industries sur les piles à combustible (cliquez ici) []
  7. voir http://www.afh2.org/fr/accord_daimler_ford_et_nissan et  le film en anglais sous titré : http://blog.alliance-renault-nissan.com/content/strategic-cooperation-between-daimler-and-renault-nissan-alliance-forms-agreement-ford-accel []