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Mise à jour du 2 juillet 2020 : Les données sur les émissions du cycle de vie ont été révisées afin de refléter les dernières données sur l’intensité carbone de l’électricité et la fabrication des batteries.
Les véhicules électriques (VE) constituent un élément important de la réalisation des objectifs mondiaux en matière de changement climatique. Ils occupent une place de choix dans les stratégies d'atténuation visant à limiter le réchauffement bien en dessous de 2 °C ou 1,5 °C, ce qui serait conforme aux objectifs de l'Accord de Paris.
Cependant, même si les véhicules électriques n'émettent pas directement de gaz à effet de serre, ils fonctionnent à l'électricité, qui est encore largement produite à partir de combustibles fossiles dans de nombreuses régions du monde. L'énergie est également utilisée pour fabriquer les véhicules, notamment les batteries.
Dans cet article, Carbon Brief détaille l'impact climatique des véhicules électriques en réponse à la couverture médiatique trompeuse récente sur le sujet. Cette analyse révèle que :
Il existe également une incertitude considérable concernant les émissions liées à la production des batteries pour véhicules électriques, différentes études aboutissant à des chiffres très variables. À mesure que les prix des batteries baissent et que les constructeurs automobiles commencent à adopter des batteries plus grandes offrant une plus grande autonomie, les émissions liées à la production de batteries pourraient avoir un impact plus important sur les avantages climatiques des véhicules électriques.
Environ la moitié des émissions liées à la production de batteries proviennent de l'électricité utilisée pour leur fabrication et leur assemblage. Produire des batteries dans des régions où l'électricité est relativement peu carbonée ou dans des usines alimentées par des énergies renouvelables, comme celles utilisées pour la Tesla Model 3, un modèle très vendu, peut réduire considérablement ces émissions.
Une étude récemment publiée par un groupe de chercheurs allemands de l'Institut de recherche économique (ifo), un think tank, conclut que « les véhicules électriques ne contribueront guère à réduire les émissions de CO2 en Allemagne dans les années à venir ». Elle montre qu'en Allemagne, « même dans le meilleur des cas, les émissions de CO2 des véhicules électriques sont légèrement supérieures à celles des véhicules diesel ».
L'étude a été relayée par les médias internationaux, et le Wall Street Journal a publié un éditorial intitulé « Les voitures vertes polluantes de l'Allemagne ». Elle a également suscité des résistances de la part des défenseurs des véhicules électriques, avec des articles sur Jalopnik et Autoblog et des chercheurs individuels réfutant l'affirmation.
D'autres études récentes sur les véhicules électriques en Allemagne aboutissent à la conclusion inverse. L'une d'elles a révélé que les véhicules électriques émettent 43 % de polluants en moins que les véhicules diesel. Une autre a précisé que « l'impact climatique global des véhicules électriques est inférieur à celui des véhicules thermiques dans tous les cas étudiés ».
Ces différences proviennent des hypothèses formulées par les chercheurs. Comme l'a expliqué le professeur Jeremy Michalek, directeur du groupe d'électrification des véhicules de l'université Carnegie Mellon, à Carbon Brief : « La technologie qui se démarque dépend de nombreux facteurs. » Parmi ceux-ci figurent les véhicules spécifiques comparés, les combinaisons hypothétiques de réseaux électriques, la prise en compte des émissions d'électricité marginales ou moyennes, les profils de conduite hypothétiques, et même les conditions météorologiques.
Le graphique ci-dessous, adapté d'une analyse du Conseil international pour des transports propres (ICCT), présente les estimations des émissions du cycle de vie d'un véhicule européen conventionnel typique (à moteur à combustion interne), d'un véhicule hybride conventionnel avec la meilleure consommation de carburant (Toyota Prius Eco 2019) et de véhicules électriques Nissan Leaf disponibles dans différents pays, ainsi que la moyenne de l'UE. [La Leaf était la voiture électrique la plus vendue en Europe en 2018.]
Le graphique comprend les émissions à l'échappement (gris), les émissions du cycle du carburant (orange) – y compris la production de pétrole, le transport, le raffinage et la production d'électricité – les émissions provenant de la fabrication des composants autres que les batteries des véhicules (bleu foncé) et les émissions estimées de manière prudente provenant de la fabrication des batteries (bleu clair).
Dans la plupart des pays, la majorité des émissions des véhicules électriques et conventionnels sur l'ensemble de leur cycle de vie proviennent du fonctionnement du véhicule (pot d'échappement et cycle du carburant) plutôt que de sa fabrication. L'exception concerne certains pays, comme la Norvège ou la France, où la quasi-totalité de l'électricité provient de sources à très faibles émissions de carbone, telles que l'hydroélectricité ou le nucléaire.
Cependant, contrairement à la combustion d'un gallon d'essence ou de diesel, l'électricité ne réduit pas les émissions de carbone. Dans des pays comme la France (où la majeure partie de l'électricité provient de l'énergie nucléaire) ou la Norvège (à partir d'énergies renouvelables), les véhicules électriques ont des émissions sur l'ensemble de leur cycle de vie beaucoup plus faibles.
Le graphique ci-dessus calcule les émissions des véhicules électriques en fonction du mix énergétique actuel de chaque pays. Cependant, pour atteindre les objectifs climatiques fixés par l'Accord de Paris, la production d'électricité sera nettement moins carbonée, renforçant ainsi les avantages des véhicules électriques par rapport aux véhicules conventionnels.
Au Royaume-Uni, par exemple, les émissions liées à la production d'électricité ont diminué de 38 % au cours des trois dernières années seulement, et devraient baisser de plus de 70 % d'ici le milieu ou la fin des années 2020, ce qui correspond exactement au cycle de vie d'un véhicule électrique acheté aujourd'hui.
Les émissions associées à la production de batteries proviennent des dernières estimations (2019) de l'IVL, l'Institut suédois pour l'environnement. La Nissan Leaf analysée ici possède une batterie de 40 kilowattheures (kWh), tandis que la Tesla Model 3 est disponible en options de 50 kWh ou 75 kWh (une option de 62 kWh était auparavant disponible, mais a été abandonnée).
Le graphique ci-dessous présente les émissions estimées sur l'ensemble du cycle de vie d'une Model 3 si sa batterie était produite en Asie – où la majeure partie de l'électricité provient du charbon – comme la batterie de la Nissan Leaf. Le modèle à grande autonomie de 75 kWh a été utilisé dans cette analyse pour reproduire l'approche de l'étude ifo ; le modèle à autonomie intermédiaire de 50 kWh réduira les émissions liées à la fabrication de la batterie d'environ un tiers.
Dans ces conditions, les émissions de gaz à effet de serre de la Tesla Model 3 sur l'ensemble de son cycle de vie seraient supérieures à celles de la voiture conventionnelle la mieux notée en Allemagne, mais resteraient plus respectueuses du climat que la moyenne des voitures. Dans d'autres pays, même la Tesla Model 3 à grande autonomie émet moins de gaz à effet de serre que n'importe quelle voiture à essence.
Cependant, le fait que les batteries Tesla soient fabriquées au Nevada a un impact important sur ce calcul. Comme nous le verrons plus loin dans cet article, les batteries produites aux États-Unis ont généralement des estimations d'émissions sur l'ensemble de leur cycle de vie nettement inférieures à celles des batteries produites en Asie.
Environ 50 % des émissions liées au cycle de vie des batteries proviennent de l'électricité consommée lors de leur fabrication et de leur assemblage. Par conséquent, produire des batteries dans des usines alimentées par des énergies renouvelables (comme c'était le cas pour l'usine Tesla) réduit considérablement ces émissions. Le graphique ci-dessous présente l'estimation de Carbon Brief concernant les émissions sur l'ensemble du cycle de vie d'une Tesla Model 3 utilisant des batteries produites dans la « Gigafactory » de Tesla.
Une Model 3 équipée d'une batterie de 75 kWh produite à la Gigafactory du Nevada présente des émissions considérablement réduites et un impact climatique sur l'ensemble de son cycle de vie similaire aux estimations de la Nissan Leaf, compte tenu des conditions de fabrication.
Les émissions liées à la production d'électricité varient également d'un pays à l'autre, certaines régions ayant un mix énergétique plus propre que d'autres (et par conséquent, l'avantage climatique des véhicules électriques est plus important).
Les chiffres présentés ci-dessus ajustent les émissions des véhicules conventionnels et électriques pour refléter les conditions de conduite réelles, et non le nombre de cycles d'essai. Ceci est important car les estimations officielles de consommation de carburant peuvent différer considérablement des performances réelles, ce qui a des répercussions importantes sur les comparaisons entre véhicules conventionnels et électriques.
L'analyse présentée dans le graphique ci-dessus est basée sur un kilométrage total de 150 000 kilomètres, comparant les véhicules électriques et les véhicules conventionnels sur l'ensemble de leur cycle de vie.
Toutefois, il est également possible de comparer les véhicules au fil du temps pour voir combien de temps il faudra pour rembourser la « dette carbone » initiale contractée lors de la production de batteries à forte intensité de carbone pour les véhicules électriques.
Par exemple, comme mentionné ci-dessus, une nouvelle Nissan Leaf EV achetée au Royaume-Uni en 2019 aura des émissions sur toute sa durée de vie environ trois fois inférieures à celles d'une voiture conventionnelle neuve moyenne.
Comme le montre le graphique ci-dessous, cette dette carbone excédentaire sera remboursée en moins de deux ans d'utilisation, même si les batteries entraîneront des émissions plus élevées lors du processus de fabrication d'une voiture « année zéro ».
Émissions cumulées de GES d'un véhicule conventionnel neuf moyen et d'une Nissan Leaf neuve. Ces chiffres sont exprimés en tonnes équivalent CO₂ sur l'ensemble du cycle de vie, pour un kilométrage de 150 000 km sur une durée de vie de 12 ans. Les émissions liées au cycle de vie du carburant des véhicules électriques sont basées sur l'intensité carbone de l'électricité au Royaume-Uni pour la première année 2019 et sont progressivement augmentées jusqu'à l'objectif de 100 g CO₂/kWh pour 2030 et au-delà. Graphique Carbon Brief réalisé avec Highcharts.
Le graphique ci-dessus montre que les émissions liées à l'utilisation varient considérablement, les véhicules électriques permettant d'économiser environ 2 à 3 tonnes d'équivalent CO2 par an au Royaume-Uni (ce chiffre a diminué au fil du temps à mesure que le mix énergétique devient plus propre).
Cela signifie que même si une nouvelle voiture électrique remplace une voiture conventionnelle existante, elle commencera tout de même à réduire les émissions après moins de quatre ans d'utilisation par rapport au maintien en service de l'ancienne voiture, comme le montre le graphique ci-dessous.
L'équation devient beaucoup plus claire sans l'hypothèse généreuse selon laquelle les voitures conventionnelles existantes émettent la même quantité de gaz à effet de serre que la moyenne des voitures neuves.
Notez que le graphique des émissions cumulées sur toute la durée de vie ci-dessus est basé sur 150 000 kilomètres sur 12 ans, soit environ 7 800 miles par an, afin d’être cohérent avec le reste de cet article.
Ce chiffre est légèrement supérieur au kilométrage annuel moyen au Royaume-Uni, qui est tombé à près de 7 100 miles en 2017. Cependant, même avec ce kilométrage inférieur, le remplacement des voitures conventionnelles existantes par des véhicules électriques commencera à réduire les émissions en seulement quatre ans.
L'étude ifo illustre les écueils potentiels liés à l'utilisation des valeurs de consommation de carburant issues de cycles d'essai plutôt que des performances réelles. L'étude compare les émissions sur l'ensemble du cycle de vie d'une Mercedes C 220 avec celles de la nouvelle Tesla Model 3, en tenant compte des émissions associées à la production du véhicule. L'étude conclut que les émissions de Tesla sur la durée de vie du véhicule représentent de 90 à 125 % de celles de Mercedes.
Autrement dit, malgré les gros titres qu'elle suscite, même ifo constate que les véhicules électriques sont soit légèrement meilleurs, soit légèrement moins bons que les véhicules diesel.
L'étude supposait une consommation de carburant de 52 miles par gallon (mpg) pour une Mercedes, nettement supérieure à la moyenne des voitures aux États-Unis (25 mpg pour l'essence) mais similaire à la moyenne britannique (52 mpg pour l'essence) et à celle des voitures diesel (61 mpg). Cependant, différentes procédures de test de consommation de carburant peuvent produire des résultats très différents.
Alors que les chiffres de consommation de carburant de l'EPA américaine tendent à refléter les conditions de conduite réelles, les valeurs du nouveau cycle de conduite européen (NEDC) utilisées dans l'UE surestiment la consommation réelle de carburant des véhicules jusqu'à 50 %, voire davantage pour les véhicules Mercedes.
À titre de comparaison, la consommation d'énergie de la Tesla Model 3 prise en compte dans l'étude (241 wattheures par mile) n'était inférieure que de 8 % à la consommation réelle estimée par l'EPA (260 wattheures/mile). L'utilisation d'estimations plus réalistes de la consommation de carburant des véhicules conventionnels aura un impact important sur les résultats de l'analyse ifo, rendant les options de véhicules électriques préférables aux véhicules conventionnels.
L'étude ifo et l'analyse ICCT s'appuient toutes deux sur les mêmes estimations d'émissions liées à la fabrication des batteries : une étude de 2017 de l'Institut suédois pour l'environnement (IVL). L'IVL a examiné des études publiées entre 2010 et 2016 et a conclu que les émissions liées à la fabrication des batteries pourraient se situer entre 150 et 200 kilogrammes d'équivalent dioxyde de carbone par kilowatt-heure de capacité de batterie.
La plupart des études analysées par IVL portaient sur la production de batteries en Asie, et non aux États-Unis ou en Europe. L'étude d'IVL a également noté que la technologie des batteries se développe rapidement et présente un fort potentiel pour réduire les émissions liées à la fabrication.
L'étude d'IVL a suscité de nombreuses critiques et a été considérablement révisée fin 2019. Les chercheurs d'IVL estiment désormais que les émissions liées à la fabrication des batteries se situent en réalité entre 61 et 106 kilogrammes d'équivalent CO₂ par kilowattheure, avec un maximum de 146 kilogrammes. L'estimation basse de 61 kg correspond au cas où l'énergie utilisée pour la fabrication des batteries provient de sources décarbonées. IVL a indiqué que cette révision était motivée par de nouvelles données sur la production de batteries, notamment des mesures plus réalistes de la consommation d'énergie dans les usines de batteries à échelle industrielle, dont la taille et la production ont considérablement augmenté ces dernières années.
Carbon Brief a mené sa propre analyse de la littérature afin de trouver des estimations récemment publiées des émissions liées au cycle de vie de la fabrication des batteries. Le graphique ci-dessous présente les données de 17 études différentes, dont sept ont été publiées après l'estimation IVL de 2017. Il divise l'étude en fonction de la région de production de la batterie : Asie (rouge), Europe (bleu clair), États-Unis (bleu foncé) et analyses portant sur plusieurs régions (gris).
La plupart des études publiées ces dernières années montrent que les émissions sur l'ensemble du cycle de vie sont inférieures à celles de l'étude initiale de l'IVL, avec une moyenne d'environ 100 kg de CO₂ par kWh pour les études publiées après 2017. Ces nouvelles estimations concordent avec les chiffres révisés de l'étude IVL de 2019. Les estimations des émissions liées à la fabrication en Asie sont généralement plus élevées qu'en Europe ou aux États-Unis, ce qui reflète le recours important au charbon pour la production d'électricité dans cette région. Des études comparant directement les batteries fabriquées en Asie à celles fabriquées aux États-Unis ou en Europe ont constaté qu'en dehors de l'Asie, les émissions sur l'ensemble du cycle de vie étaient réduites d'environ 20 %.
De nombreuses études décomposent les émissions en fonction de l'extraction minière, du raffinage et de la production de matériaux hors site, ainsi que du processus de fabrication proprement dit d'assemblage des batteries. Elles ont généralement constaté qu'environ la moitié des émissions du cycle de vie étaient dues à la production de matériaux hors site, et l'autre moitié à l'électricité consommée lors de la fabrication. Le tableau ci-dessous, extrait du rapport IVL de 2017, illustre ces données en détaillant les émissions du cycle de vie par composant et étape de fabrication.
« Le secteur manufacturier représente une part importante de l’impact sur la production… ce qui signifie que le lieu de production et/ou le mix énergétique ont un fort potentiel d’influence sur le résultat. »
C’est un facteur important à prendre en compte lors de l’estimation des émissions de batteries de la Gigafactory de Tesla au Nevada, qui produit toutes les batteries actuellement utilisées dans les véhicules Model 3.
L'intensité carbone moyenne de l'électricité au Nevada, où se trouve la Gigafactory de Tesla, est environ 30 % inférieure à la moyenne américaine. Comme le montre le graphique ci-dessous, le Nevada a quasiment éliminé toute production d'électricité à partir de charbon au cours des deux dernières décennies.
Tesla a récemment commencé la construction du plus grand toit solaire au monde sur sa Gigafactory, qui, combiné au stockage par batteries, devrait fournir la quasi-totalité de l'électricité consommée par l'usine.
Date de publication : 13 juin 2022
