MCE-5 VCRi : repousser les limites de la réduction de consommation de carburant

C’est un moteur à essence

Au coeur du marché automobile des 20 à 30 prochaines années

Le MCE‑5 VCRi répond à la nécessité de l’industrie automobile de se concentrer sur son coeur de marché : les moteurs à essence. Ceci est une question de ressource énergétique : plus de 40% de l’énergie primaire mondiale provient du pétrole et cette situation va durer encore longtemps. En effet, nous n’avons pas encore atteint le fameux « peak oil » à partir duquel il nous restera à peu près autant de pétrole à extraire que nous n’en avons extrait. Or, distiller du pétrole produit de l’essence qui n’est quasiment consommée que par l’automobile. Abondante, bon marché et d’une extraordinaire densité énergétique, l’essence est l’unique source d’énergie pour environ 80% des automobiles produites dans le monde, le reste étant réservé au Diesel. Avec un parc de 290 millions de véhicules sur les 750 millions en circulation dans le monde, et avec une cylindrée moyenne de 3,7L, les USA consomment environ 50% de l’essence mondiale. Cependant, les USA prévoient de réduire la consommation énergétique de leurs véhicules ce qui pourrait à terme détendre le marché de l’essence. Ainsi, l’essence pourrait rester bon marché encore longtemps, même si les pays émergents (Chine, Inde) en augmentent leur consommation. Selon ce scénario probable, l’essence restera la source d’énergie privilégiée de l’automobile pour encore au moins 20 ou 30 ans.

L’essence va rester encore longtemps
le carburant majoritaire de l’automobile

L’essence issue du raffinage pétrolier
est essentiellement destinée à l’automobile

Le prix hors taxes reflète le prix réel
que paient les citoyens qu’il s’agisse
de produits pétroliers ou d’électricité

66% de l’électricité mondiale est produite
avec du gaz, du charbon, ou du pétrole

Pour que les véhicules électriques soient
« décarbonés » il faut que la production
d’électricité le soit aussi

Democar MCE‑5 VCRi

En Europe, les véhicules Diesel représentent une part importante des ventes de véhicules neufs (autour de 50%). Pourtant, cette part de marché est destinée à baisser. En effet, les moteurs Diesel sont chers à produire à cause des pressions élevées atteintes dans leurs cylindres (jusqu’à 200 bar) et de leur système d’injection complexe (2 000 bar et plus). En outre, à cause des nouvelles normes antipollution, particulièrement EURO VI applicable fin 2014, le système de post traitement des polluants des moteurs Diesel va devenir de plus en plus coûteux (OxyCat + filtre à particules + DeNOx). Un autre facteur va jouer en défaveur du Diesel : le prix à la pompe du gazole. Ce prix est maintenu artificiellement bas au moyen d’une moindre fiscalité dans la plupart des pays européens. En France, en avril 2010, le mégajoule essence est vendu 0,041€, soit 41% plus cher que le mégajoule gazole maintenu artificiellement à 0,029€. Cette situation ne va probablement pas durer car il y a un déficit en gazole et des excédents d’essence en Europe que ne saurait encourager durablement la fiscalité avantageuse appliquée au gazole.

De 53,6% en 2007 (source : ACEA), la part de marché du Diesel dans l’Union Européenne pourrait reculer à 10-15 % à horizon 2020. Ce recul du Diesel est déjà engagé avec 52,9 % en 2008, puis 47,2 % au premier trimestre 2009 (source : ACEA). Ce recul va s’accélérer avec les progrès des moteurs à essence induits par l’Injection Directe couplée à la suralimentation, la Variable Valve Actuation et demain, le taux de compression variable. Ces progrès vont graduellement combler l’écart d’efficacité énergétique qui existe entre moteurs à essence et moteurs Diesel, en conditions ordinaires de conduite.

On en parle beaucoup, alors, qu’en est-il de la traction électrique ? Cette solution n’est malheureusement pas prête à s’adresser au marché de masse, à cause du stockage d’énergie par batterie qui reste problématique. Les batteries sont chères et contiennent trop peu d’énergie : environ 60 fois moins par kg que l’essence pour les meilleures batteries lithium-ion. Ceci limite l’autonomie des véhicules électriques et porte le prix du kWh disponible à la roue à des niveaux trop élevés. La France est un pays qui taxe fortement l’essence et qui produit une électricité parmi les moins chères du monde. Même dans ce contexte favorable, le prix du kWh délivré à la roue pour le client final par un système de traction électrique est de 3 à 6 fois plus élevé que celui délivré par un moteur thermique malgré le piètre rendement de ce dernier (20% en moyenne). Ce rapport varie selon que l’on prend 500 cycles de charge-décharge ou 1000 pour des batteries lithium-ion (le nombre de cycles dépend de nombreux facteurs tels que la rapidité de charge ou le taux de charge).

En France, si on prend le prix de revient hors taxes du kWh essence et électrique rendu à la roue, l’écart se creuse avec une électricité qui revient entre 8 et 16 fois plus cher que l’essence. C’est pourtant bien ainsi qu’il faut raisonner : le prix hors taxes est le vrai reflet de ce que paient les citoyens, les taxes perçues leur revenant sous la forme de services sociaux et autres infrastructures collectives. S’agissant de la réduction des émissions de CO2, il faut rappeler que 66% de l’électricité mondiale est produite avec du gaz, du charbon, ou du pétrole. De plus, entre 1990 et 2004, l’augmentation de la demande en électricité a été couverte à plus de 72% avec des énergies fossiles (source AIE) et cette tendance devrait se poursuivre. Rappelons que la Chine, pays fortement promoteur de la voiture électrique, produit 80% de son électricité avec du charbon. Ceci explique notamment que c’est la part du charbon qui augmente le plus rapidement dans la production mondiale d’électricité, car c’est une ressource accessible et abondante pour divers pays émergents à forte croissance : tous les sept à dix jours, une nouvelle centrale au charbon ouvre ses portes quelque part en Chine (source : Courrier International). Selon cette tendance, les véhicules électriques auront toutes les raisons d’être principalement appelés " véhicules à charbon ". En ce cas, le bilan CO2 final des véhicules électriques ne serait guère plus avantageux que celui proposé par les moteurs thermiques. Pour bénéficier d’un bilan CO2 avantageux, il est donc nécessaire que l’électricité soit produite au minimum avec des centrales à gaz, idéalement avec des centrales nucléaires comme en France, ou avec des énergies renouvelables.

S’agissant de la réduction des émissions de CO2, il faut rappeler que 66% de l’électricité mondiale est produite avec du gaz, du charbon, ou du pétrole. De plus, entre 1990 et 2004, l’augmentation de la demande en électricité a été couverte à plus de 72% avec des énergies fossiles (source AIE) et cette tendance devrait se poursuivre. Rappelons que la Chine, pays fortement promoteur de la voiture électrique, produit 80% de son électricité avec du charbon. Ceci explique notamment que c’est la part du charbon qui augmente le plus rapidement dans la production mondiale d’électricité, car c’est une ressource accessible et abondante pour divers pays émergents à forte croissance : tous les sept à dix jours, une nouvelle centrale au charbon ouvre ses portes quelque part en Chine (source : Courrier International). Selon cette tendance, les véhicules électriques auront toutes les raisons d’être principalement appelés « véhicules à charbon ». En ce cas, le bilan CO2 final des véhicules électriques ne serait guère plus avantageux que celui proposé par les moteurs thermiques. Pour bénéficier d’un bilan CO2 avantageux, il est donc nécessaire que l’électricité soit produite au minimum avec des centrales à gaz, idéalement avec des centrales nucléaires comme en France, ou avec des énergies renouvelables.

En dehors des centrales hydroélectriques dont la production est déjà affectée à divers postes de consommation, le problème des énergies renouvelables (éolien, solaire) sera l’aggravation du coût total du kWh à la roue du véhicule électrique. Pour rester avantageux au niveau environnemental et pas trop désavantageux au niveau économique, l’essor de ce type de véhicule est donc intimement lié au développement de la filière nucléaire de production d’électricité dans les pays qui n’en sont pas encore équipés, et à l’ajout de quelques réacteurs nucléaires supplémentaires pour des pays comme la France, déjà fortement nucléarisés. Malheureusement, l’Agence Internationale de l’Energie (AIE) estime que d’ici à 2030, on installera près de 100 fois plus de puissance électrique à charbon, que nucléaire. Avant de qualifier les véhicules électriques de véhicules « décarbonés », il convient de savoir si la production d’électricité est décarbonée ou non.

Si la production d’électricité sans émissions de carbone était effective, il resterait à gérer un autre facteur qui rend difficile le déploiement des véhicules électriques : les contraintes imposées aux clients. Ces contraintes sont de nature à conduire les véhicules électriques à l’échec commercial. En premier lieu, les véhicules électriques enlèvent à l’automobile ce qui a fait jusqu’alors son succès : la polyvalence. Les véhicules électriques sont en effet quasi exclusivement réservés à un usage urbain et impliquent de posséder ou de louer un autre véhicule pour les déplacements extraurbains. Le temps et la logistique de recharge des batteries restent également problématiques.

Si des stations de changement automatique de batteries sont envisageables, elles impliquent un accroissement significatif du parc de batteries : celui-ci peut doubler voire plus selon le cas, et même s’il ne s’agit là que d’une problématique d’investissement et d’immobilisation, il faut rappeler que les batteries constituent le principal surcoût lié aux véhicules électriques. En outre, les véhicules électriques délivrent une puissance faible si on veut rester dans des prix acceptables, et cette puissance diminue avec le niveau de charge des batteries, comme c’est le cas pour une visseuse ou une brosse à dents électriques. Les performances ne deviennent plus un argument commercial, mais il se pose également de sérieuses questions de sécurité en situation de dépassement ou d’entrée sur une voie rapide. On note aussi la nécessité de disposer d’une autre source d’énergie pour climatiser ou chauffer le véhicule sauf à accepter de fortes pertes d’autonomie. Quoi qu’il en soit, cette autonomie varie fortement en fonction de la vitesse de circulation, du relief géographique (déclivité) ou du poids embarqué à bord du véhicule. Ces désavantages feront également qu’au final, il sera difficile pour les clients de revendre leur véhicule électrique sur le marché de l’occasion.

Reste une ultime question, d’ordre stratégique : pourquoi vouloir absolument faire rouler des voitures à l’électricité tandis qu’on continue à chauffer des appartements avec du fioul (équivalent au gazole), alors qu’il est si facile de chauffer des appartements avec des pompes à chaleur électriques au rendement total supérieur à 100 % du puits au radiateur, et si facile de faire rouler des véhicules au fioul. Une simple réaffectation des ressources énergétiques en fonction des usages résoudrait tous les problèmes, et pour longtemps.

La seule chance pour les véhicules électriques de connaître un succès serait un rapide déclin de la production de pétrole, ce qui n’est pas à prévoir avant 2030, avec une production effective qui déclinera ensuite progressivement sur de nombreuses décennies pour cesser vers la fin du XXIe siècle. En effet, tant que l’essence ou le gazole seront abondants, il sera pratiquement impossible de rendre compétitifs les véhicules électriques qui ne devraient représenter – selon les hypothèses les plus optimistes – que 1 à 3 pour cent de la production mondiale en 2020.

La filière hydrogène quant à elle ne peut pas être considérée comme une solution à court ou moyen terme et doit encore apporter la preuve de sa pertinence stratégique dans l’état actuel des sources énergétiques disponibles.

On voit ici tout l’intérêt de concentrer tous les efforts possibles sur la filière des moteurs thermiques, et particulièrement sur ceux fonctionnant à l’essence : ceux-ci vont très largement dominer le marché automobile pour encore 20 à 30 années au moins.

Appliquée aux moteurs à essence, la technologie MCE‑5 VCRi s’inscrit pleinement dans cet objectif stratégique.