Acheter une voiture électrique, est-ce bon pour l’environnement ?

Charles Raux (CNRS, LAET).

Vous êtes sensible au problème du changement climatique et vous vous posez la question de passer à l’électrique pour votre prochain achat de voiture. En tant que « consomm’acteur » vous voudriez choisir de manière écologiquement responsable. Des informations contradictoires circulent au sujet du bilan écologique de la voiture électrique. Nous tâchons de faire le point dans ce billet et la réponse est « oui, cela va dans la bonne direction », mais dans certaines limites1.

L’analyse du cycle de vie « du berceau à la tombe »

L’analyse du cycle de vie (ACV) est « la » méthode pour l’évaluation environnementale d’une technologie comme celle des véhicules. Elle prend en compte tous les processus ayant un impact sur l’environnement, depuis l’extraction des matériaux bruts, la production des composants des véhicules, leur assemblage, leur transport, leur usage (et notamment l’énergie consommée y compris sa production), jusqu’au traitement en fin de vie, donc du « berceau » à la « tombe ».

Pour cette ACV on peut s’appuyer sur une source faisant autorité, à savoir l’AIE (Agence International de l’Energie) à travers ses rapports réguliers, résultat du travail collectif de plus d’une centaine de contributeurs et de « peer reviewers », notamment les deux dernières éditions du « Global EV Outlook » de 2019 et 2020.

Concernant l’ACV des véhicules légers prenons le graphique ci-dessous qui résume les calculs de l’AIE en l’état actuel des technologies. Cette figure indique en ordonnée les émissions totales (en tonnes de CO2 équivalent) en moyenne par catégorie de propulsion de véhicule (pour un véhicule de taille moyenne) sur toute sa durée de vie (fixée à 150.000 km sur 10 ans). Les catégories de propulsion des véhicules sont BEV (Battery Electric Vehicle) avec une batterie de 40 kWh ou de 80 kWh, ICE (Internal Combustion Engine, le véhicule thermique à essence, consommation de 6,8 litres au 100km, mesurée selon la procédure WLTP), HEV (Hybrid Electric Vehicle, non rechargeable), PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, rechargeable)2 et FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle, avec pile à combustible hydrogène). Le contenu en CO2 de l’électricité est fixé à 518 gCO2-eq par kWh (moyenne mondiale). Les barres verticales grises représentent la variation autour de la valeur moyenne en fonction de la taille (et donc de la puissance) du véhicule.

Il apparaît d’emblée que tous les véhicules alternatifs au véhicule thermique (ICE) font mieux que ce dernier (à près de 35 tonnes de CO2 sur sa durée de vie), y compris le véhicule hybride classique (HEV, à environ 27 tonnes de CO2), commercialisé en grande série depuis plus de vingt ans3. Cependant, cette conclusion n’est valable que lorsque l’on compare des véhicules de même taille (et de même puissance, cf. infra).

(source AIE, Global EV Outlook 2020, p. 191)

Mais c’est l’examen des différentes sources de CO2 qui permet de mieux comprendre les facteurs clés de ce bilan. En bleu (foncé et clair) apparaît le bilan CO2 de la partie production du véhicule (composants, assemblage, destruction finale et recyclage). En vert apparaît la partie relative aux batteries (bien plus importante évidemment pour les BEV que pour les autres véhicules). En orange on trouve la partie relative à la production du carburant (« du puits au réservoir »), plus importante pour les véhicules électriques que pour les véhicules thermiques et HEV. En jaune apparaît la partie complémentaire à savoir les émissions relatives à la combustion du carburant (« du réservoir à la roue »), plus importante pour les véhicules thermiques.

Ces différentes sources montrent que deux paramètres sont critiques dans le bilan CO2 des voitures électriques comparé à celui de la voiture thermique. Il s’agit d’une part de la partie orange, c’est-à-dire le mélange d’électricité de différentes sources (charbon, gaz, nucléaire, renouvelables) qui détermine le contenu moyen de CO2 dans l’électricité dans la région d’utilisation du véhicule. Il s’agit d’autre part de la partie verte qui dépend du lieu et du mode de production des batteries ainsi que leur taille.

L’impact du mode de production de l’électricité

Rappelons que ces valeurs moyennes sont calculées pour un mélange d’électricité fixé à 518 gCO2-eq par kWh. Ces valeurs varient fortement d’un pays à l’autre selon l’origine de l’électricité au point que, selon l’AIE, dans les pays où le charbon domine, les véhicules hybrides (HEV) exposent moins d’émissions de CO2 que les véhicules électriques.

En France, pour le contenu en CO2 du kWh d’électricité consommée par les moyens de transport, on peut s’appuyer sur les valeurs officielles4 publiées dans l’arrêté datant de 2017 « relatif à l’information sur la quantité de gaz à effet de serre émise à l’occasion d’une prestation de transport ». Si vous rechargez votre voiture en France métropolitaine ce contenu s’établit à 48 grammes de CO2-eq par kWh sauf… en Corse où ce sera 590 g. Outremer le contenu en CO2 est autrement plus élevé : 700 g en Guadeloupe, 840 g en Martinique et 2,56 kg en Guyane ! Dans ce dernier département il vaut mieux éviter la voiture électrique type BEV ou PHEV.

Au passage, on voit donc que la France métropolitaine (continentale) avec ses 48 g de CO2/kWh se situe bien au-dessous de la moyenne mondiale des 518 g. Avec son électricité d’origine nucléaire elle se situe sur le podium de l’électricité décarbonée en Europe, avec la Suède (et la Norvège), pays à niveaux élevés d’hydroélectricité. Ce sont les pays où la conduite d’un véhicule électrique économise le plus d’émissions de CO2 par rapport à un véhicule thermique selon l’ONG Transport et Environnement.

Et qu’en sera-t-il à l’avenir ? Les travaux de RTE (2019), le gestionnaire du réseau national de transport d’électricité, ont montré que le système électrique français5 pourra accueillir sans difficulté majeure jusqu’à 15 millions de véhicules électriques d’ici à 2035 (scénario haut de diffusion des véhicules électriques). La consommation annuelle de ces véhicules électriques représenterait à cet horizon moins de 8% de la production totale d’électricité en France.

La question cruciale du moment de rechargement

Dans le rythme quotidien des activités que nous connaissons aujourd’hui, on s’attend à ce que le retour à domicile en fin de journée de travail s’accompagne inéluctablement du branchement des voitures électriques pour leur mise en charge6. L’appel de puissance électrique à cette période de la journée est-il susceptible de fragiliser le réseau ? Cette pointe de demande est-elle susceptible de provoquer l’activation de sources d’énergie fossiles ?

Dans le cas de la France, les travaux de RTE cités plus haut ont montré que les dispositifs d’incitation tarifaire de type heures pleines / heures creuses pouvaient servir à piloter la recharge d’une partie du parc de véhicules (essentiellement le soir à domicile) et ainsi maîtriser la pointe de consommation du soir en hiver7. En outre, en déplaçant la demande en cours de journée, ce pilotage tarifaire permettrait également de valoriser la production nationale anticipée d’énergie renouvelable (éolien et solaire) et rendrait le système plus robuste face à des aléas de production.

Il est cependant possible que dans certains pays – compte tenu de leur mix électrique – le choix du moment auquel le VE est rechargé soit crucial. Ce point est soulevé par Francisco Bahamonde-Birke (2020), qui argumente que, par exemple en Allemagne, l’électricité appelée en soirée, lorsque la contribution des renouvelables est faible et la demande élevée (et renforcée par le chargement des batteries), est apportée pour l’essentiel par les centrales à charbon (lignite).

Toutefois, une approche « marginaliste » qui consisterait à allouer aux véhicules électriques en cours de charge en soirée les émissions marginalement produites par les centrales à charbon n’a pas de sens. En effet, à tout moment un kWh qui circule sur le réseau provient d’un ensemble de sources de production actives à ce moment là. Ce kWh est donc doté d’un contenu moyen fonction des sources activées, carbonées ou non, et ce quelque soit son usage. On peut par contre affecter ces kWh consommés (et leur contenu CO2 moyen) au prorata des quantités consommées par type d’usage (chauffage, éclairage, recharge des batteries, etc.), et ce par mois, par jour ou par heure.

La variabilité du contenu du kWh en CO2 en France peut être observée en temps quasi réel ici grâce aux données de RTE. Par exemple, si on considère l’année 2019, le pic de consommation d’électricité a été atteint le jeudi 24 janvier 2019 à 19h. Ce jour-là, le minimum de contenu en CO2 du kWh s’est situé à 18h30 (62 g de CO2, comme à 19h au moment du pic de consommation) et le maximum à 7h30 (71 g). Cette année-là le minimum de consommation d’électricité a été atteint le 11 août (un dimanche) avec un contenu de CO2 variant entre 12 et 27 g par kWh.

L’impact du mode de production des batteries

L’autre facteur important, dans le bilan CO2 des voitures électriques, provient du mode de production des batteries (et notamment du mix électrique dans leur région de production). Les étapes principales sont l’extraction des minerais et leur raffinage, la production des matériaux de la batterie (incluant des procédés à haute température à 200 et 1000°C), la fabrication des éléments de la batterie (incluant le séchage, problématique dans les régions à climat chaud et humide comme en Asie) et son assemblage. Une étude récente (Emilsson & Dahllöf, 2019) conclut, sur la base d’une série de rapports et articles scientifiques, à un bilan CO2 de fabrication allant de 61 à 106 kg CO2-eq par kWh d’énergie de stockage pour les batteries lithium-ion (NMC, nickel manganèse cobalt oxyde, la plus communément utilisée). L’intervalle s’explique par le contenu en CO2 de l’électricité utilisée dans la production et la source d’énergie de séchage. La valeur la plus faible (61 kg) correspond à une électricité sans énergie fossile.

Dans le graphique plus haut, issu des travaux de l’AIE, le calcul se fonde sur une batterie dont le bilan s’établit à 65 kg CO2/kWh. Si la batterie est produite par exemple en Asie avec un bilan de 100 kg CO2/kWh alors il faut rajouter entre 2 et 5 tonnes de CO2 au bilan ACV du véhicule (partie hachurée).

Plus généralement, on sait que la transition, fut-elle écologique ou numérique, est gourmande en métaux divers, dont l’extraction et le raffinage posent de redoutables problèmes d’ordre éthique, géopolitique et environnemental. Le cobalt, par exemple, composant essentiel des batteries, est extrait principalement au Congo (RDC), tandis que nombre de métaux et terres rares indispensables aux appareils numériques (comme le tantale) sont extraits dans la région des Grands Lacs (RDC, Rwanda et Burundi). Le commerce de ces minerais enrichit les groupes armés et alimente la violence que subissent les populations (De Putter et Delvaux, 2013). Les pays développés (dont la France) ont progressivement choisi d’arrêter l’exploitation de leurs ressources minières en métaux et terres rares – particulièrement polluante – et ont abandonné cette production principalement à la Chine, qui a acquis une position quasi monopolistique en la matière (Pitron, 2018)8. Même si, à moyen terme, la question de l’épuisement de ces ressources ne semble pas se poser, des tensions d’approvisionnement ne sont pas improbables, face à la forte croissance de la demande de ces métaux (Dedryver, 2020). Si vous êtes motivé par l’éthique, il faudrait militer pour la réouverture des mines de métaux rares en France !

Une question de taille et de puissance

Si vous trouvez qu’une batterie de 40 kWh, qui vous mènera jusqu’à environ 250 km avant recharge (cf. cette base de données), c’est trop peu pour votre week-end, vous pouvez opter pour une batterie de plus grande capacité, soit 80 kWh (qui vous mènera jusqu’à environ 400 km). Mais dans ce cas il faut ajouter environ 5 tonnes de CO2 au bilan global du cycle de vie par rapport à une batterie de 40 kWh.

Vous pouvez même aggraver votre cas avec une voiture encore plus puissante, comme la Tesla Model S Long Range avec une batterie de 100 kWh et une consommation annoncée de 18 kWh aux 100 km. Il y a de fortes chances, selon l’AIE et avec un contenu moyen du mix électrique de 518 g CO2/kWh, que le bilan global soit plus défavorable que celui d’une voiture hybride classique (HEV) voire d’une petite voiture thermique (ICE).

L’idéal serait de pouvoir comparer le bilan ACV de chaque modèle de véhicule. Les données des constructeurs (capacité de la batterie et consommation en kWh/km) sont insuffisantes puisqu’elles n’incluent pas le bilan amont de la construction du véhicule et les données liées au mix électrique du lieu d’utilisation du véhicule. Il est toutefois possible avec l’outil fourni par l’ONG Transport et Environnement de faire des comparaisons de bilan CO2 ACV selon les grandes catégories de taille de véhicules, l’origine de la batterie (Europe versus Chine) et le pays européen (UE) où le véhicule est utilisé9.

C’est mieux qu’une voiture thermique, mais…

En conclusion, on peut dire que si vous avez besoin de changer de voiture, alors oui l’achat d’une voiture électrique est un bon plan dans la trajectoire de réduction des émissions de CO2. C’est très positif si vous avez l’intention de l’utiliser en France métropolitaine (ou en Suède ou en Norvège !). Avant d’acheter, assurez-vous que la batterie ait été fabriquée en Europe. Ne soyez pas trop gourmand en capacité de batterie, choisissez un modèle pas trop consommateur (en Wh/km). Evidemment il vous faudra disposer d’une solution pratique de recharge quand vous êtes à domicile (au minimum une simple prise pour une recharge lente en quelques heures).

Toute cela est bien beau, mais même en ayant ajusté tous les critères au mieux10, il restera toujours une quantité incompressible de 10 à 15 tonnes de CO2 émises sur la durée de vie du véhicule, essentiellement du fait de la production du véhicule et de sa batterie. En arrondissant, sur une durée de 15 ans, cela fait environ une tonne de CO2 par an. En roulant en permanence à quatre dans le véhicule – mais atteindre ce taux de remplissage moyen semble assez improbable – les émissions liées à la mobilité automobile seraient réduites à 250 kg de CO2 par personne. Selon le CGDD (2018), citant le GIEC, le budget CO2-eq compatible avec un réchauffement limité à + 2 °C à l’horizon 2100 se situe entre 1,6 et 2,8 tonnes par terrien (pour les français, cette « empreinte carbone » est actuellement de 11 tonnes). Ce budget comprend tout ce qui est consommé sur le territoire français mais aussi « importé » à travers les produits et services importés. Or les émissions directes des ménages (carburants des véhicules automobiles et combustibles pour le chauffage des logements) représentent aujourd’hui 16% de l’empreinte carbone. En retenant un budget objectif de 2 tonnes et en lui appliquant cette part de 16% divisée par deux pour les véhicules automobiles, la limite serait fixée à 160 kg CO2-eq, donc bien en-dessous de ce que donnerait la « meilleure » voiture électrique véhiculant 4 personnes.

Par conséquent, si vous désirez être complètement vertueux du point de vue des émissions de CO2 il vous faudra abandonner l’idée même de posséder une voiture. Mais attention, cohérence oblige, cela implique de ne pas emprunter la voiture d’un.e ami.e, pas de taxi, ni de VTC, ni de covoiturage non plus. Il vous restera le transport collectif (le rail de préférence mais un car bien rempli est admissible) ou encore le vélo à assistance électrique.

Charles Raux, LAET, CNRS, Université de Lyon

Image : Frank Xavier Leyendecker, Public domain, via Wikimedia Commons

Pour citer ce billet : Raux, Charles (2020). Acheter une voiture électrique, est-ce bon pour l’environnement ? Carnet Transports, mobilités, territoires. https://tmt.hypotheses.org/1567


Références

Bahamonde-Birke, F.J., 2020. Who will bell the cat? On the environmental and sustainability risks of electric vehicles. Transportation Research Part A 133 (2020) 79–81

CGDD, 2018. L’empreinte carbone des Français reste stable. Janvier 2020.

De Putter, T., Delvaux, C., 2013. Certifier les ressources minérales dans la région des Grands Lacs. Politique étrangère, Eté(2), 99-112. https://doi.org/10.3917/pe.132.0099

Dedryver, L., 2020. La consommation de métaux du numérique : un secteur loin d’être dématérialisé. France Stratégie. https://www.strategie.gouv.fr/publications/consommation-de-metaux-numerique-un-secteur-loin-detre-dematerialise

Emilsson, E., Dahllöf, L., 2019. Lithium-Ion Vehicle Battery Production. Status 2019 on Energy Use, CO2 Emissions, Use of Metals, Products Environmental Footprint, and Recycling. IVL Swedish Environmental Research Institute, Stockholm.

Pitron, G., 2018. La guerre des métaux rares. La face cachée de la transition énergétique et numérique. Les liens qui libèrent, Paris.

RTE, 2019. Enjeux du développement de l’électromobilité pour le système électrique

RTE. Les données de l’électricité en temps réel – éCO2mix sur le site de RTE https://www.rte-france.com/eco2mix


  1. nous abordons ici l’aspect strictement environnemental de la question en écartant l’aspect économique pour le consommateur, abordé dans ce billet []
  2. les HEV et PHEV sont équipés de deux moteurs, électrique et essence. Le HEV, n’étant pas rechargeable, a un rayon d’action de quelques kilomètres seulement en électrique et consomme nettement plus d’essence que le PHEV []
  3. par Toyota (la Prius), au départ au Japon []
  4. qui accompagnent le guide méthodologique sur l’information GES des prestations de transport (Ministère de la transition écologique et solidaire et ADEME) []
  5. tel que décrit par le projet de Programmation Pluriannuelle de l’Energie de 2019 []
  6. c’est du moins ce qui est inscrit dans les scénarios de RTE []
  7. ou encore la veille du départ en vacances de Noël, jour commun à toutes les zones scolaire en France métropolitaine []
  8. Selon cet auteur, il faut par exemple purifier 8 tonnes et demi de roches pour produire 1 kilogramme de vanadium, utilisé dans les batteries, les éoliennes et les centrales solaires ; 50 tonnes de roches pour produire 1 kg de gallium (semi-conducteurs, optoélectronique, panneaux photovoltaïques, LED) []
  9. Transport et Environnement utilise sa propre méthode pour le calcul ACV, détaillée dans ce document. On notera toutefois que pour le bilan des véhicules thermiques T&E se distingue nettement en prenant comme données de consommation celles fournies par les automobilistes eux-mêmes (https://www.spritmonitor.de/fr/). L’argument étant que ces données sont plus réalistes (et donc forcément plus élevées) que les données des protocoles de test officiels (WLTP ou NEDC). On pourrait objecter que la même méthode devrait s’appliquer aux données « réalistes » de consommation d’électricité des VE. La base en question fournit d’ailleurs ces données mais le nombre d’automobilistes concernés reste encore faible (quelques dizaines selon les modèles). La liste des véhicules électriques les plus économiques est ici []
  10. cas d’une voiture de taille moyenne, avec une batterie produite dans un pays européen « bas carbone » et roulant en France, cf. outil de T&E []

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