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Posté le 13/02/2018 à 13:20 par Philippe Schwoerer - Lu 2240 fois - 10 commentaires


Impact carbone des batteries et véhicules électriques par l’ICCT


ONG indépendante sans but lucratif qui vise, selon elle-même, à fournir aux autorités de règlementation environnementale « une recherche impartiale ainsi qu’une analyse technique et scientifique », l’International Council on Clean Transportation (ICCT) vient de publier une étude concernant les émissions de CO2 et assimilés sur le cycle de vie des voitures électriques. Les chiffres alignés donnent à réfléchir. Mais les conclusions de l’ONG sont claires : l’impact carbone supplémentaire du fait du cycle de vie des batteries embarquées sur ces véhicules est effacé, en comparaison avec un modèle thermique équivalent, au bout de 2 ans d’utilisation moyenne, et même de seulement 18 mois si les batteries sont rechargées avec les énergies renouvelables. Tout en cherchant à savoir comment faire baisser l’impact carbone du cycle de vie des accumulateurs, l’organisation donne donc explicitement raison aux gouvernements qui ont fait le choix, sans attendre, de promouvoir la mobilité électrique.

ICCT

Pour ceux qui ne connaissent pas l’International Council on Clean Transportation, disons que, pour dire en quelques mots la portée que peuvent prendre ses actions, le fameux scandale du dieselgate est apparu à la suite des tests que l’ONG a fait réaliser en 2013 sur les émissions des véhicules diesel produits par Volkswagen. L’organisation a ensuite transmis ses conclusions à l’agence de protection environnementale américaine EPA et à l’agence régionale California Air Resources Board, mettant au jour les niveaux élevés et illégaux des émissions en oxydes d’azote. Dans son document intitulé « Effects of battery manufacturing on electric vehicle life-cycle greenhouse gas emissions » (Effets de la fabrication des batteries sur les émissions de gaz à effet de serre pendant le cycle de vie des véhicules électriques), l’ICCT a interrogé les fabricants des accumulateurs lithium-ion qui intègrent les packs embarqués par les VE, mais aussi différentes études réalisées sur le sujet entre 2011 et 2017. Même si elle reconnaît que les données varient fortement d’un auteur à un autre, elle estime qu’attendre des chiffres plus fiables pour promouvoir la mobilité électrique serait une erreur.

Peugeot 208 BlueHDi vs Nissan Leaf

Pour ses comparaisons, l’ICCT a opposé 2 voitures : une Nissan Leaf 2017 équipée d’une batterie de 30 kWh de capacité et une Peugeot 208 1.6 BlueHDi Active 5dr. L’ONG justifie le choix de cette dernière car c’est le modèle qui bénéficie des émissions les plus basses de CO2 en Europe. C’est sur ce duel que l’organisation a pu établir que durant le cycle de vie des voitures, - matérialisé par 150.000 kilomètres de routes et rues parcourues -, le surplus de CO2 dû au cycle de vie des batteries disparaît au bout de 18 à 24 mois. Plus globalement, « une voiture électrique typique produit aujourd’hui seulement la moitié des émissions de gaz à effet de serre d’une voiture de tourisme européenne moyenne », assure l’ICCT qui ajoute : « Une voiture électrique qui utilise l’électricité du mix moyen européen est presque 30% plus propre sur son cycle de vie que le modèle équivalent équipé du moteur à combustion interne le plus efficace actuellement sur le marché ». Mieux encore, « sur les marchés à très faible émission de carbone, comme la Norvège ou la France, les véhicules électriques produisent moins d’un tiers des émissions d’un véhicule à moteur à combustion », poursuit l’ONG qui exprime un avis sans appel : « Cette découverte renforce les objectifs des gouvernements visant à promouvoir les voitures électriques dans le cadre de leurs stratégies de décarbonation ».

Fabrications : Impact batterie = impact moteur thermique

Les émissions de gaz à effet de serre à la fabrication des batteries semblent être similaires en volumes à celles relâchées à la production d’un moteur à combustion interne moyen, « soit environ le quart des émissions à vie d’une voiture électrique », met en avant l’ONG qui souhaite cependant rester prudente dans son affirmation au regard de la diversité des chiffres en sa possession. L’ICCT estime que des recherches supplémentaires doivent être effectuées dans ce domaine. « Environ la moitié des émissions d’une batterie provient de l’électricité utilisée dans le processus de fabrication », évalue l’organisation. Dans son étude, elle donne une intéressante décomposition d’une cellule de batterie qui équipe la Chevrolet Bolt, en pourcentage du poids par éléments, avec le prix moyen pour chacun d’eux : Aluminium = 16% du poids (1.600 dollars US la tonne) ; Graphite = 14% (10.000 dollars) ; Acier = 13% (600 dollars) ; Fer = 9% (74 dollars) ; Cuivre = 8% (6.348 dollars) ; Cobalt = 6% (27.000 dollars) ; Nickel = 6% (10.000 dollars) ; Manganèse = 5% (1.700 dollars) ; Polyester = 3% ; Lithium = 2% (15.000 dollars) ; et 18% d’autres composants.

Tendance

L’ICCT a souhaité évaluer ce qui, autour des véhicules électriques, pourra faire varier l’impact carbone de la fabrication des batteries. En négatif, un seul élément : l’augmentation de la capacité des pack, qui alourdi les chiffres d’environ 15%. Rien que l’emploi en seconde vie des batteries élimine le problème, pesant positivement de presque 20%. Le recyclage aura un effet bénéfique d’environ 3,5%, de même que l’augmentation de la densité énergétique des cellules (5% de mieux). C’est surtout l’emploi d’énergie renouvelable à la fabrication des accumulateurs qui a l’effet positif le plus important, étant capable de faire baisser d’un peu plus de 20% les émissions de gaz à effet de serre, - CO2 et gaz assimilés. Sur ce sujet, l’ONG estime en conséquence que l’impact carbone à la fabrication des batteries est à la baisse, avec, pour bénéfice transversal d’abaisser l’impact CO2 plus global du cycle de vie des voitures électriques. L’ICCT déconseille de modifier l’actuelle chiffrage de l’impact CO2 des véhicules en incluant la part due à la fabrication : « Le calcul des émissions du cycle de vie pour tous les modèles de véhicules serait onéreux et pas du tout rigoureux. Une telle politique devrait inclure des émissions à la fabrication pour tous les composants des véhicules conventionnels, en plus des batteries des véhicules électriques, afin de ne pas pénaliser injustement ces derniers ».


Mots clés : ICCT | batterie | voiture | électrique | véhicule | Impact | CO2 | cycle de vie | fabrication | énergie renouvelable | étude | carbone | émission
Catégories : Voiture électrique | Batterie |

Commentaires

Posté le 13-02-2018 à 20:45:04 par ZoéT

Pas facile à interpréter le graphe 3. J’ai cru qu’il était à charge contre les VE. Les chiffres en g de CO2-e par km sont perturbants par manque d’explication. Ou alors j’ai zappé un truc.

Posté le 14-02-2018 à 01:16:23 par Fab

@ZoéT si vous parlez de la figure 3, comme je la comprends, elle indique que le bilan carbone des VE devrait encore s’améliorer d’ici à 2030, grâce aux différents progrès techniques (seconde vie des batteries, amélioration du recyclage, décarbonisation de la production d’électricité...). Au total un VE de 2030 devrait émettre 41g de CO2 en moins qu’un VE d’aujourd’hui. Donc l’avantage des VE sur les VT devrait encore s’amplifier à l’avenir.

Posté le 14-02-2018 à 07:00:27 par Christophe

Puisque l’ICCT veut comparer une Leaf 30 et une 208 hdi, alors comparons :
- Leaf 30 1525 kg pneus en 205/55R16,
- 208 hdi 1075 kg pneus en 185/65R15,
si chacune conserve un train de 4 pneus 60 000 km, on a :
- 146 mg/km de poussières pour la première,
- 130 mg/km pour la seconde,
on sait qu’il y en a 10 % en PM10, soit :
- 14 mg/km pour la première,
- 13 mg/km pour la seconde.
Pour la seconde, il faut ajouter cela : https://www.adac.de/infotestrat/tests/eco-test/detail.aspx?IDMess=3905 info=Peugeot+208+BlueHDi+100+STOP%26START+Allure
HC: 2 mg/km
CO: 27 mg/km
NOx: 432 mg/km
Partikelmasse: 0,9 mg/km
Partikelanzahl: 0,0052 10¹¹/km
Soit 14 mg/km pneus + échappement.
Il faut ensuite ajouter les freins et le revêtement.
Il faut ajouter les particules secondaires dont on attend toujours les résultats des tests effectués.
Donc la Leaf est peut-être meilleure que la 208 hdi pour les émissions de GES (nous y reviendrons) mais est-elle meilleure pour la santé des riverains des rues ? Parce que 150 000 km en Leaf 30 sur 10 ans soit 41 km/j ou 68 km/j ouvré cela suppose pas mal de km en urbain et péri-urbain.

Posté le 14-02-2018 à 07:34:53 par Christophe

Pour mémoire, voilà ce que j’ai écrit sur le fil http://www.avem.fr/actualite-le-diesel-a-2-litres-aux-100-km-peut-il-effacer-l-electrique-5656.html
"Ayant vu les premiers résultats de la commission ROYAL, ayant eu un déplacement à faire où l’utilisation des Zoe en autopartage habituelles n’est pas réaliste, mon loueur habituel n’ayant plus d’hybride dans sa gamme, je me suis tourné, pour essayer, vers une 208 hdi (chez mon loueur il est possible de verrouiller le modèle).
Selon le certificat d’immatriculation, elle présentait les caractéristiques suivantes :
- production de CO2 en cycle mixe : 87 g/km (valeur V7) soit selon cycle NEDC 3,4 l /100 km en mixte,
- conformité à la norme antipollution : EURO6 (valeur V9).
J’ai fait mon trajet en plaines (entrecoupées de lignes de crêtes avec des pentes peu prononcées) dont les caractéristiques sont les suivantes :
- 49 % sur autoroute au régulateur à 110 km/h,
- 10 % en urbain,
- 41 % sur RD ou RN à 90 km/h au maxi.
J’obtiens les valeurs suivantes :
- vitesse moyenne : 85 km/h.
- consommation moyenne : 3,76 l/100 km (plein pas odb) soit 119 gCO2/km - soit 10 % au-dessus de la valeur du cycle mixte."
Selon base carbone pour le gazole :
- combustion 2,51 kgCO2eq/l soit pour la conso. constatée 94,4 g/km,
- cycle du combustible 0,65 kgCO2eq/l soit pour la conso. constatée 24,4 g/km
soit au total 119 gCO2eq/km. Tableau 3 l’ICCT considère 140 g soit 18 % de plus. Ils sont donc bien sur un usage urbain et péri-urbain des véhicules dans leur comparaison.

Il est à noter que la version 87 g/km n’est pas la plus efficiente, il y a une version 79 g (gamme business) qui sur ce trajet aurait consommé encore moins du fait d’un soubassement caréné et d’un spoiler de toit.
Ce trajet correspond à un WE en famille et l’aller (ou le retour) n’est pas réalisable en Leaf30 sans recharge intermédiaire (il n’est pas réalisable, par tous les temps par sa version autoroutière en Zoé 40 même en roulant à 92 km/h sur l’autoroute).

Le premier problème de cette étude est le périmètre de l’étude lui-même : un usage journalier en urbain et péri-urbain d’un véhicule, source comme nous l’avons déjà vu de pollutions et pas seulement de l’air. Hors de nombreux trajets de ce style sont réalisables avec des modes plus efficients (partiellement ou totalement). Donc déjà si on veut réduire les émissions de GES et la pollution, commençons déjà par ne pas utiliser un VP là où il n’est pas adapté.

Posté le 14-02-2018 à 07:23:50 par ZoéT

Sympa pour votre réponse Fab. j’avais globalement compris ça. Ce qui m’a perturbé, ce sont les chiffres en CO2-e, bien plus élevés que ceux communiqués d’habitude en CO2. Je comprends que CO2-e, ce sont tous les gaz à effet de serre. Je pensais qu’ils étaient déjà compris dans les valeurs CO2. J’avais aussi été perturbé par le code couleur avec des couleurs identiques aux autres graphes mais pas avec la même signification, et pas de légende.

Posté le 14-02-2018 à 09:05:57 par Christophe

L’ICCT nous dit avoir analysé la composition de la batterie d’une Bolt, ils ont donc du voir une gestion thermique par fluide caloporteur qui circule dans des serpentins avec ailettes au plus près des cellules.
Tout ce système doit se retrouver dans la composition de la batterie (aluminium et/ou cuivre) ainsi que les pompes de circulation, les radiateurs et les systèmes de réchauffement et de climatisation.
Mais étonnamment la gestion thermique de la batterie de la voiture prise pour la comparaison est passive donc sans tout ce système.
D’ailleurs dans un usage urbain ou péri-urbain cela ne pose pas de problème mais dans un usage autoroutier avec recharges rapides régulières cela peut faire grimper la température des cellules et réduire leur cyclabilité.

Posté le 14-02-2018 à 10:58:24 par Christophe

Sur le tableau 1 on peut noter qu’une Leaf 30 produit 11 gCO2eq/km pour la consommation électrique
http://www.base-inies.fr/iniesV4/dist/consultation.html
Cette base nous donne la charge carbone en gCO2 d’1 kWh en fonction de l’usage (Bâtiment / Service / Energies / Résidentielle) :
- chauffage : 210
- éclairage : 121
- climatisation : 65
- ecs : 83
- autres usages : 65
Selon le principe des émissions marginales, où l’on considère qu’en hiver pendant une période d’environ 3 mois tous les moyens de production bas carbone français sont utilisés à leur maximum et que tout supplément d’électricité est inévitablement produit à l’aide de centrales thermiques soit en France soit par importation.
En considérant un rendement de charge de 80 %, cela nous donne les consommations en kWh/100 km suivantes en fonction de la valeur prise et de l’autonomie attendue en km (250 km selon cycle NEDC) :
- 210 : 4,4 - 682
- 121 : 7,6 - 395
- 65 : 14,1 - 213
- 83 : 11 (valeur de la base carbone) - 273.
Donc manifestement l’ICTT a considéré une valeur de 65 gCO2eq/kWh à la prise ce qui est plus que discutable en fonction des éléments ci-dessus en plus de considérer un usage essentiellement urbain et péri-urbain.

Posté le 14-02-2018 à 14:15:06 par Christophe

La figure 1 est intéressante :
- 208 hdi : other manufacturing 37 gCO2eq/km soit pour 150 000 km 5,6 t en cohérence avec la valeur de la base carbone de 5,5 t / tonne de véhicule,
- Leaf 30 : battery 35 gCO2eq/km soit pour 150 000 km 5,3 t soit pour une batterie de 296 kg 17,9 kgCO2eq/kg batterie > 13,2 précisé précedèmment,
- Leaf 30 : other manufacturing 37 gCO2eq/km soit pour 150 000 km 5,6 t en cohérence avec la valeur de la base carbone de 5,5 t / tonne de véhicule.
Donc en fabrication on a 5,6 t d’un côté et 5,3 + 5,6 = 10,9 de l’autre donc 5,3 d’écart.
Maintenant si je prends mes valeurs de :
- 119 g/km pour la 208,
- 16 g/km pour la Leaf 30,
soit 103 g/km de différence donc plus de 50 000 km pour compenser les 5,3 t d’écart.
Et quoi qu’il arrive je reste à plus de 500 kg CO2eq/an pour une seule voiture, pour le facteur 4 cela reste énorme et pour la neutralité carbone n’en parlons pas.

Donc finalement rien de nouveau, si ce n’est que l’ICCT justifie l’utilisation d’un VE émetteur de particules en ville, chapeau pour un organisme qui se bat contre le diesel et encourage les gouvernements dans ce sens quand la France est dans le collimateur de Bruxelles pour les dépassements de normes de pollution aux particules.

Posté le 16-02-2018 à 06:59:14 par Christophe

Je suis plus que dubitatif quand je lis qu’une amélioration de la densité énergétique améliore le bilan global.
Ce site est intéressant : http://culturesciences.chimie.ens.fr/stockage-de-l%C3%A9nergie-%C3%A9volution-des-batteries-22
"Les premières batteries Li-ion présentent une cathode en oxyde de cobalt lithié de type LiCoO2 (LCO) [10] permettant l’insertion et la désinsertion du lithium, une anode en graphite permettant l’intercalation du lithium et un électrolyte sous forme d’une solution organique contenant un sel de lithium tel que LiPF6. Il sert au transport des éléments d’une électrode à l’autre. Le lithium est « stocké » dans le graphite de l’anode et se déplace vers l’oxyde de cobalt lithié lors de son fonctionnement. La batterie est déchargée quand plus aucun ion lithium ne peut circuler dans ce sens. La recharge de la batterie consiste à forcer le mouvement du lithium vers l’anode en inversant la polarité des électrodes."
"Le cobalt est un métal cher et toxique, on tente donc de limiter son utilisation pour les applications de batteries en développant des cathodes LiNiO2 (LNO) [11] et LiMnO2 [12] ou LiMn2O4 (LMO), malheureusement ces systèmes ont de gros désavantages. La cathode d’oxyde de nickel est très instable et pose des problèmes de sécurité (surchauffe) ; la batterie utilisant une cathode constituée d’oxyde de manganèse possède généralement une plus faible énergie spécifique (Tableau 2).
Pour avoir une meilleure stabilité tout en conservant de bonnes propriétés énergétiques, les cathodes sont constituées d’oxydes mixtes. Un exemple est un oxyde mixte d’aluminium, de nickel et de cobalt : LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (NCA) [13]. Cette cathode commercialisée possède de bonnes propriétés mais l’une des plus répandue de nos jours est constituée d’oxyde LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2 (NMC) [14]. La catégorie des NMC est composée d’un ensemble d’oxydes dont les proportions peuvent varier afin d’avoir un bon compromis entre stabilité et puissance. Ce type d’électrode est largement utilisé car la batterie obtenue possède une bonne énergie spécifique, certes inférieure à celle utilisant l’électrode NCA, et une très bonne cyclabilité (plus du double de celle utilisant l’électrode NCA) (Tableau 2)."
Donc pour augmenter la densité énergétique, il faut modifier l’électrode et pour le moment on complexifie sa constitution en mélangeant les matériaux.
Ce qui implique extractions multiples, transports multiples, etc.

Posté le 16-02-2018 à 12:53:06 par semio

Donc, si je comprends bien ce problème des particules, il faut mieux ne pas faire de vélo sur route ni en ville, ni habiter en ville tout court.



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