Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Avec plus de 9 millions de voitures électriques vendues dans le monde entier en 2023, le véhicule électrique est devenu un moyen de transport individuel important. Environ 14 500 voitures à hydrogène ont été vendues à la même époque marquant un intérêt naissant dans ce domaine. Cet article présente quelques aspects énergétiques liés à ce type de mobilité. De l’électricité est nécessaire pour charger les batteries qui sont le cœur du véhicule électrique. Elle devrait aussi être utilisée pour produire de l’hydrogène par électrolyse qui alimentera la pile à combustible de la voiture à hydrogène. L’objectif de ces véhicules est de réduire l’impact de la mobilité sur l’environnement. Quelques aspects économiques seront aussi brièvement abordés.
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Christian NGÔ : Edmonium
INTRODUCTION
Pour réduire la consommation de pétrole et diminuer les émissions de CO2, beaucoup de pays songent à introduire des véhicules utilisant l’électricité comme source d’énergie, ce qui implique de décarboner l’électricité, en ayant recours aux énergies renouvelables ou au nucléaire. En Europe, par exemple, il sera interdit de commercialiser des véhicules neufs utilisant un moteur à combustion interne à partir de 2035. L’hydrogène est envisagé comme carburant alternatif car, n’émettant pas de CO2 en fonctionnement, il n’est pas concerné par cette interdiction.
Cette décision européenne, de nature politique, a été prise sans mesurer les conséquences qu’elle va entraîner aux niveaux énergétique, économique et sociétal. Le domaine de l’automobile, où l’industrie européenne est aujourd’hui en avance sur le reste du monde pour ce qui est des véhicules thermiques, risque d’être affaiblie ou en partie démantelée au profit principalement des véhicules chinois. Or, on estime qu’il y a, en Europe, 2,6 millions d’emplois directs dans l’industrie automobile et 12,7 millions d’emplois indirects. Au total, cela concerne de 14 à 15 millions d’emplois soit 7 % du nombre d’emplois européens.
Il est important de noter que si le pétrole est une source d’énergie, l’électricité et l’hydrogène ne sont que des vecteurs énergétiques : il faut de l’énergie pour les produire. Pour l’hydrogène, on sait qu’il existe des sources naturelles mais leur production, si elle est développée à un niveau industriel un jour, ne suffira sans doute pas pour satisfaire la demande des transports.
Dans cet article, nous allons principalement nous intéresser aux aspects énergétiques de la voiture électrique et de la voiture à hydrogène. Nous évaluerons quelques ordres de grandeur des capacités requises dans ce domaine. Le lecteur pourra affiner celles-ci pour ses besoins particuliers.
Nous aborderons aussi quelques aspects économiques mais en nous focalisant plutôt sur les coûts et non sur les prix. En effet, ces derniers peuvent être très différents des coûts en raison de taxes diverses imposées par les États. Par exemple, en France, les taxes sur l’essence et le gazole représentent approximativement 60 % du prix que paye le consommateur. Ces taxes sont de nature variable et dépendent de la politique du moment. Le coût quant à lui dépend du prix du pétrole brut qui varie selon l’offre et la demande, des coûts de production et de transport, du coût du raffinage et des opérations nécessaires à la production du carburant ainsi que la marge réalisée par les différents acteurs de l’achat du pétrole à sa distribution. À ce coût se rajoute des taxes qui conduisent au prix que paye l’utilisateur. Pour l’électricité on a aussi une différence entre le coût et le prix et celle-ci peut varier au cours du temps selon les politiques adoptées.
Si la part de succès ou d’échecs concernant les véhicules électriques dépend des avancées technologiques, elle est aussi liée à d’autres aspects dont certains psychologiques et sociétaux. Parmi les points qui freinent une adoption rapide de ces véhicules, on trouve le problème du ravitaillement en énergie, le prix d’achat et d’utilisation, etc.
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Impact sur l’environnement9. La voiture à hydrogène
L’hydrogène est un carburant qui semble à première vue intéressant car, en réagissant avec l’oxygène de l’air, il ne donne que de l’eau. Néanmoins, tout comme l’électricité, c’est un vecteur énergétique qu’il faut produire à partir de combustibles fossiles ou d’eau ce qui peut être source de pollutions et d’émissions de CO2.
9.1 Consommation
Nous allons regarder, comme pour la voiture électrique, quel est le rendement moyen d’une voiture utilisant une pile à combustible et de l’hydrogène comme carburant. Que l’hydrogène soit produit à partir de combustibles fossiles ou par électrolyse de l’eau, le rendement moyen est de l’ordre de 70 %. Il faut aussi tenir compte du rendement pour comprimer l’hydrogène et le transporter ce qui donne une perte d’environ 10 %. Enfin, le rendement d’une pile à combustible est autour de 50 %, ce qui est perdu étant dissipé sous forme de chaleur. Comme l’électricité générée par la pile à combustible est du courant continu, il faut un onduleur pour la transformer en courant alternatif. À ceci se rajoute la nécessité d’avoir une batterie tampon pour assurer les reprises et récupérer de l’énergie lors des freinages et décélérations.
Il faut environ 1 kg d’hydrogène pour parcourir 100 km avec une voiture utilisant une pile à combustible. Plus précisément, selon le mode de conduite, la voiture, le relief et les conditions atmosphériques, la fourchette se situe entre 0,8 et 1,2 kg d’hydrogène pour parcourir 100 km. Pour une Toyota Mirai cela varie entre 0,8 et 1 kg/100 km et pour une Hyundai Nexo cela tourne autour de 0,95 kg/100 km.
La capacité du réservoir est généralement conçue pour contenir entre 4 et 6 kg d’hydrogène ce qui donne une autonomie entre 400 et 600 km. Comme 1 kg d’H2 a un contenu énergétique de 33 kWh, on voit donc que l’on consomme environ 30 kWh/100 km. Ceci sans tenir compte de l’énergie qu’il a fallu pour produire l’hydrogène. Pour une voiture électrique, selon les conditions d’utilisation, la consommation en électricité est typiquement entre 15 et 25 kWh/100 km soit bien inférieure. Si l’on tient compte de l’électricité pour produire l’hydrogène, la consommation...
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La voiture à hydrogène
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SMIL (V.) - Energies, An illustrated guide to the biosphere ans civilization. - MIT Press (1998).
-
(2) - HORSE (R.) - Calcul-besoins-energetiques-cheval. - (2024). https://www.royal-horse.com/fr/conseil/calcul-besoins-energetiques-cheval/
-
(3) - NGÔ (C.) - Déchets, effluents et pollution. Impact sur l’environnement et la santé. - 3e édition, DUNOD (2012).
-
(4) - BELLU (S.) - Les automobiles : des origines à l’an 2000. - Larousse (1993).
-
(5) - AUTOMOBILE-PROPRE.COM - L’histoire de la voiture électrique. Chapitre 1. - (2023). https://www.youtube.com/watch?v=YLVrSn8wtYk&t=39s
-
(6) - WIKIPEDIA - Wikipedia - (2024). https://www.wikipedia.fr
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