Les transports face au défi de la transition énergétique - Explorations entre passé et avenir, technologie et sobriété, accélération et ralentissement

Les transports face au défi de la
 transition énergétique
 Explorations entre passé et avenir, technologie et sobriété,
 accélération et ralentissement

1 Aurélien Bigo ZEN 27/05/2021
 Chercheur sur la transition énergétique dans les transports

Objectif décarbonation à 2050
 160
 Emissions de gaz à effet de serre (MtCO2eq)

 140

 120

 100

 80

 60

 40
 Transports intérieurs
 20
 SNBC transports
 0
 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

 Emissions des transports depuis 1960, et objectif de décarbonation des transports d’ici 2050

 2 Sources : CITEPA, MTES ZEN 27/05/2021

5 leviers pour réduire les émissions

 Demande Efficacité Intensité
 Report Taux de
CO2 = de x
 modal
 x
 remplissage
 x énergétique x carbone de
 transport des véhicules l’énergie

 Les 5 leviers de décarbonation de la stratégie nationale bas-carbone (SNBC)

 D : demande de transport (voy.km ou t.km)
 Di : demande de transport par mode i (voy.km or t.km)
CO2,Transport ≡ σ . . . . Ci : circulation des véhicules du mode i (veh.km)
 
 Ei : consommation énergétique du mode i (Mtep)
 CO2,i : émissions de CO2 du mode i (MtCO2)

 3 ZEN 27/05/2021

Comment expliquer l’évolution
 des émissions depuis 1960 ?
 Décomposition sur la période 1960-2017

4 ZEN 27/05/2021

Voyageurs 1960-2017
 5
 DT; 4,7
4,5
 CO2; 4,2
 4

3,5
 km/pers; 3,3
 3

2,5

 2

1,5 Pop; 1,43
 1 CO2/km; 0,88
0,5

 0
 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
 Variation des émissions de CO2 du transport intérieur de voyageurs de 1960 à 2017
 (forme multiplicative, pas de 1 an)

 5 ZEN 27/05/2021

Voyageurs 1960-2017
 5
 DT; 4,7
 = 4,2 = 4,7 x 1,22 x 1,28 x 0,63 x 0,90
 
4,5 CO2 Total; 4,4

 4 CO2; 4,2

3,5

 3

2,5

 2
 TR; 1,28
1,5
 RM; 1,22
 1
 IC; 0,90
0,5 EE; 0,63

 0
 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
 Variation des émissions de CO2 du transport intérieur de voyageurs de 1960 à 2017
 (forme multiplicative, pas de 1 an)

 6 ZEN 27/05/2021

Marchandises 1960-2017
4,5
 
 = 3,3 = 3,4 x 1,91 x 0,66 x 0,90 x 0,84
 4 
 
3,5 DT; 3,4
 CO2; 3,3
 3

2,5

 2 RM; 1,95

1,5
 EE; 0,90
 1
 IC; 0,84
0,5
 TR; 0,66
 0
 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

 Variation des émissions de CO2 du transport de marchandises de 1960 à 2017
 (forme multiplicative, pas de 1 an)

 7 ZEN 27/05/2021

Décompositions appliquées aux
 scénarios de prospectives
 Comparaison des scénarios français
 Quels potentiels d’ici 2050 ?

8 ZEN 27/05/2021

SNBC - Voyageurs
1,4 5
 
 = 0,01 = 1,26 x 0,92 x 0,89 x 0,32 x 0,03
 
 DT; 1,26
1,2
 0

 Variation des émissions (MtCO2)
 1
 RM; 0,92
 -5
0,8 TR; 0,89

0,6 0,61 -10

0,4
 EE; 0,32 -15
0,2
 IC; 0,03

 0 CO2; 0,01 -20
 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

 Décomposition des émissions de CO2 des transports de passagers pour le scénario SNBC, 2015-2050
 (forme multiplicative à gauche, additive à droite)
 9 ZEN 27/05/2021

Scénarios Voyageurs : Tendanciels vs. Ambitieux
 40% 140%

 +26%
 20% 120%

 0% 100%
 -8% -11% Max
 -20% 80% Max
 Tendanciels
 Tendanciel
 -40% 60% Ambitieux
 Min
 Ambitieux
 -60% 40% SNBC
 -68% Min
 -80% 20%
 SNBC
 -100% -97% 0%
 Demande de Report modal Taux de Efficacité Intensité
 transport remplissage énergétique carbone de
 l'énergie

 Décomposition des émissions de CO2 des scénarios de transport de voyageurs jusqu’à 2050
(formes multiplicative ; 4 scénarios tendanciels en rouge, 4 les plus ambitieux par facteur en vert, SNBC en bleu)

 10 ZEN 27/05/2021

Vers une évaluation globale des 5 leviers
 L’évaluation temporelle des leviers
  Les tendances passées ; Les potentiels futurs ; L’état actuel
 L’analyse des émissions de manière plus large
  Les interactions entre les facteurs
  L’analyse en cycle de vie (ACV)
 Les coûts et bénéfices sociétaux
  L’impact sur les autres externalités
  Facilité et coûts de mise en œuvre
 Impact Demande de T. Report modal TR Efficacité Ener. Intensité Carb.
 Prod. et conso. locales
 Commerce proximité

 + Fret fer. et fluvial

 ↓ vit. axes rapides
 ↓ poids véhicules

 ↓ vitesse en ville
 Positif

 Progrès moteur
 TR Poids-lourds

 Agrocarburants
 - Poids-lourds

 Taxe carbone
 Densification

 Autopartage
 + Bus et cars

 Ecoconduite
 Covoiturage

 Technologie
 - Etalement

 Hydrogène
 Télétravail

 Electrique
 - Voiture

 Sobriété
 BioGNV
 - Avion
 + Train
 + Vélo

 GNV
 Neutre

 Négatif

? Incertain

 EMISSIONS GES
 EXTERNALITES
 11 / COÛTS
FACILITE ZEN 27/05/2021

Evolutions de la demande

 Quels facteurs clés ?
 Démobilité, vitesse, aménagement…?

12 ZEN 27/05/2021

Mobilités : quelles variables clés ?
 ≈ stable, 15-20 min/trajet
 Temps / trajet

 ≈ stable, 1h/jour ≈ stable, 3-4

 Temps de Nombre de
 transport trajets
 (h/jour/hab) (trajets/jour/hab)

 Vitesse des Distance des
 déplacements Demande de déplacements
 transport
 En ↑, x10-12 (km/jour/hab) En ↑, x10-12

 En ↑, x10-12
 13 Schéma de quelques caractéristiques des déplacements ZEN 27/05/2021
 et leur évolution historique depuis 1800

CO2, demande et vitesse (passé + SNBC)
 60
 Vitesse 2,0
 Vitesse (km/h) et demande (km/pers/jour)

 50 Demande
 Emissions

 Emissions (tCO2/pers/an)
 40 1,5

 30
 1,0

 20

 0,5
 10

 0 0,0
 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

 Evolution de la vitesse moyenne, de la demande et des émissions individuelles de 1960 à 2050
 (périmètre Métropole ; voyageurs avec 60% VUL ; CO2 biomasse inclus ; trajectoire 2015-2050 SNBC)
 14 ZEN 27/05/2021

Principaux enseignements
1) Le lien historique fort entre vitesse, distances et CO2
  Temps de transport proches d’1 h/jour en moyenne
  Faible découplage entre les kilomètres parcourus et les émissions

2) Un plafonnement de ces variables au début des années 2000
  Saturation / pic de la vitesse moyenne début 2000, lien avec les radars
  Faible effet des politiques publiques environnementales

3) Un fort découplage entre demande et CO2 prévu d’ici 2050
  Voyageurs : passage de -0,5 %/an de CO2/km à -3,8 %/an sur 2015-2030
  2 leviers majeurs dans la SNBC : efficacité énergétique et intensité carbone

4) Technologie ET sobriété, des évolutions fortes à combiner
  La sobriété permettrait de diviser par 2 les consommations d’énergie
  Mesures de transition énergétique vont dans le sens d’un ralentissement

 15 Contact : aurelien.bigo@hotmail.fr ZEN 27/05/2021
 Lien vers les documents de thèse

Quelles motorisations d’ici 2050 ?

16 ZEN 27/05/2021

Des transports très dépendants au pétrole

 Pétrole Charbon Gaz naturel Electricité EnRT & déchets
 50
 45
 Consommation d’énergie (Mtep)

 40
 35
 30
 25
 20
 15
 10
 5
 0
 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

 Part des différentes énergies dans la consommation des transports en France de 1960 à 2017

 17 Sources : CGDD 2018. Bilan énergétique de la France métropolitaine ZEN 27/05/2021

La décarbonation progressive de l’énergie
 3,5

 3
 Intensité carbone de l’énergie (tCO2/tep)

 MTES - AME
 2,5 négaWatt - Tend.
 IEA - NPS
 2

 IDDRI - MOB-F
 1,5
 Vision ADEME
 IDDRI - TECH-F
 1
 IEA - EV30

 0,5 EpE - ZEN 2050
 MTES - SNBC

 0 Scénario négaWatt
 2010 2020 2030 2040 2050

 Evolution de l’intensité carbone de l’énergie dans les transports d’ici 2050
 (scénarios tendanciels en pointillés, volontaristes en traits pleins)

 18 ZEN 27/05/2021

En 2050, des options de mix énergétiques diversifiées ?
 50
 Pétrole Agrocarburants
 45
 Consommation d'énergie finale (en Mtep)

 Gaz fossile Biogaz
 40
 Electricité Hydrogène
 35

 30

 25

 20

 15

 10

 5

 0

 Mix énergétique dans les transports en France, en 2015 puis en 2050 selon divers scénarios

 19 ZEN 27/05/2021

Le mix énergétique de la SNBC par mode
 8
 Electricité
 Consommation d'énergie finale (Mtep)

 7
 Biogaz
 6
 Agrocarburants
 5
 Pétrole
 4

 3

 2

 1

 0

 Mix énergétique par mode de transport en 2050 dans la SNBC
Transport international en hachuré ;VUL véh. utilitaires légers, TC transports en commun routiers, 2RM 2-roues motorisés

 20 ZEN 27/05/2021

Quelles baisses d’émissions en analyse en cycle de vie ?

 Diesel Gaz fossile Biogaz Hybride Electrique Hydrogène H2 EnR.

Empreinte carbone moyenne sur la durée de vie d’un tracteur routier vendu en 2030 en France (gCO2e/km)
MHEV = Véhicule Thermique à hybridation légère (Mild Hybrid) ; VHR = Véhicule Hybride Rechargeable ; VEB = Véhicule à Batteries ; GNL/GNC
 = Gaz Naturel Liquéfié / Comprimé ; VEH = Véhicule à Hydrogène (Pile à Combustible)

 21 Sources : légende modifiée d’après Carbone 4, 2020 ; voir aussi IFPEN, 2019 ZEN 27/05/2021

Des coûts des technologies bas-carbone plus élevés ?

 Gaz Mix Hydrogène
 Diesel Biogaz
 fossile (bio)gaz Gris Bleu Vert.

 Coûts totaux annualisés pour les poids-lourds en 2030 en Europe

 22 Sources : légende modifiée d’après NGVA, 2021 ZEN 27/05/2021

Quelles ressources disponibles ? Exemple du biogaz
 45

 40
 VUL
 35 PL

 30
 Energie (Mtep)

 Hydrogène
 25
 Biogaz
 20 Gaz fossile
 15
 Power-to-gas
 10
 Pyrogazéification
 5
 Méthanisation
 0
 Transports 2015 SNBC SNBC ADEME Afterres ICCT Com. Euro JRC
 2015 2030 2050

 Consommation des VUL et PL en 2015 ; consommation de gaz dans la SNBC, de 2015 à 2050 ;
 et estimations du potentiel de production de biogaz en France en 2050 selon plusieurs études
 23 ZEN 27/05/2021

Les choix de motorisations
1) Différenciés selon les modes de transport et les véhicules
 Voitures 2 roues VUL Poids-lourds Bus et cars Trains Navires Avions
 Electrique
 Hydrogène
 Biogaz
 Biocarburants
Carb. synthétiques

2) Critères à prendre en compte
  Les contraintes techniques des technologies
  L’impact climatique et environnemental
  La disponibilité des ressources (biomasse, métaux, électricité, etc.)
  Le coût du système
3) Des freins à lever, des progrès à réaliser
  Coûts et caractéristiques techniques
  Infrastructures de recharge, autonomie
  La décarbonation de l’énergie utilisée
4) Technologies : des évolutions indispensables, bien qu’insuffisantes
  Des évolutions à combiner avec les usages, la sobriété
 24 Contact : aurelien.bigo@hotmail.fr ZEN 27/05/2021
 Lien vers les documents de thèse

Véhicules low tech,
 intermédiaires entre vélo et voiture

25 ZEN 27/05/2021

Le potentiel inexploité des modes intermédiaires

 26 Article avec Frédéric Héran : ZEN 27/05/2021
 Malus poids, émissions de CO₂ : intéressons-nous enfin aux véhicules intermédiaires !

Autres diapositives

 Quelques compléments…

27 ZEN 27/05/2021

Emissions des transports 1960-2019
 120 180 100%
 Routier Voyageurs
 Routier Fret
 110
 Ferroviaire 90%
 160
 Navigation
 100 Aérien
 80%
 140
 90

 Part des émissions des transports (%)
Emissions des transports (MtCO2e)

 Emissions des transports (MtCO2e)
 70%
 80 120

 70 60%
 100
 60 50%

 80
 50
 40%

 40 60
 30%
 30
 40
 Routier Voyageurs 20% Routier Voyageurs
 20
 Routier Fret Routier Fret
 20 Ferroviaire 10% Ferroviaire
 10 Navigation Navigation
 Aérien Aérien
 0 0 0%
 1965

 2005
 1960

 1970
 1975
 1980
 1985
 1990
 1995
 2000

 2010
 2015

 1960
 1965
 1970
 1975
 1980
 1985
 1990
 1995
 2000
 2005
 2010
 2015
 1960
 1965
 1970
 1975
 1980
 1985
 1990
 1995
 2000
 2005
 2010
 2015

 Emissions de gaz à effet de serre (GES) des transports en France par mode, de 1960 à 2019
 Tous GES ; transports internationaux inclus ; données CITEPA

 28 ZEN 27/05/2021

Objectif neutralité carbone à 2050
 600 Tous gaz à effet de serre

 Emissions nettes de GES
 500
 441
 CO2
Emissions annuelles en MteqCO2

 400

 300

 200
 Emissions des transports = 30 % total

 100
 80

 0 -2
 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

 UTCF (Utilisation des Terres, -82
 -100
 leur Changement et la Forêt)

 Comparaison des objectifs et trajectoires de Facteur 4 et neutralité carbone
 29 Sources : CITEPA, MTES ZEN 27/05/2021

La croissance des kilomètres parcourus
 60
 Avion
 50 2RM
 Voiture + VUL
 Bus & cars
 Km/jour/personne

 40
 Ferroviaire
 30 Fluvial
 Attelé

 20 Vélo
 Marche

 10

 0
 1860

 1970
 1800
 1810
 1820
 1830
 1840
 1850

 1870
 1880
 1890
 1900
 1910
 1920
 1930
 1940
 1950
 1960

 1980
 1990
 2000
 2010
 Les kilomètres parcourus par jour par mode de transport, de 1800 à 2017

 30 Sources : Grübler, Orselli, CGDD, CITEPA, SNCF, Papon ZEN 27/05/2021

Part des différentes modes de transport
 100% 1,0% 0,1%

 90% 16%

 80%

 70%
 Part de chaque mode (%)

 62% 66% Avion
 60% Voiture
 50% 68% TC routiers

 40%
 Ferroviaire
 6,4% Vélo
 30% 6,6%
 6,2%
 2,4% 6,5% Marche
 20% 2,7%
 4,8%
 10% 22%
 9,4% 18%
 0,6%
 0% 1,7%
 Km Temps Trajets
 Part des modes de transport en 2017 selon le critère retenu :
 km parcourus, temps de transport et nombre de trajets
 31 Sources : CGDD, ENTD, CITEPA, DGAC, SNCF, Arafer, Omnil, Papon ZEN 27/05/2021

La dépendance au pétrole des différents secteurs

 100%

 Transport; 90%
 80%
 Agriculture; 72%

 60%

 40% Total énergie; 40%

 20%
 Résid.-tert.; 14%
 Industrie; 10%
 0%
 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

 Part des produits pétroliers dans la consommation finale d'énergie par secteur en France
 de 1960 à 2017
 32 Sources : CGDD 2018. Bilan énergétique de la France métropolitaine ZEN 27/05/2021

Voiture électrique : le besoin d’ACV
 120
 ≈ 112 ?

 100
 Emissions de CO2, en gCO2/voy.km

 93
 Du réservoir à
 la roue
 80 77
 Du puits à la
 67 roue
 ≈ 63 ?
 60
 En ACV du
 véhicule
 38 ≈ 40 ?
 40
 En ACV,
 infrastructure
 comprise
 20
 9,5 8,5 9,8
 4,7 6,0
 3,2 3,7
 0 0
 0
 Voiture thermique Voiture électrique Train moyen TGV

 Emissions de CO2 en voiture et en train selon le périmètre du bilan carbone.
L’analyse infrastructure comprise correspond essentiellement à des émissions passées et présente plus d’incertitudes
 33 Sources : calculs d’après données ACV ADEME pour voitures, BCO2 pour infra ZEN 27/05/2021
 voitures, ADEME-SNCF-RFF pour ferroviaire

Interactions et effets rebonds entre les évolutions
 Impact Demande de T. Report modal Tx rempli Efficacité Ener. Intensité Carb.

 Prod. et conso. locales
 Commerce proximité
 Positif

 + Fret fer. et fluvial

 ↓ vit. axes rapides
 ↓ poids véhicules

 ↓ vitesse en ville

 Progrès moteur
 TR Poids-lourds

 Agrocarburants
 - Poids-lourds
 Densification

 Taxe carbone
 Autopartage
 + Bus et cars

 Ecoconduite
 Covoiturage

 Technologie
 - Etalement

 Hydrogène
 Télétravail

 Electrique
 - Voiture

 Sobriété
 BioGNV
 - Avion
 + Train
 + Vélo
 Neutre

 GNV
 Négatif

 ? Incertain

 DT ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 RM ? ? ? ? ? ? ?
 TR ? ? ?
 EE ? ? ? ?
 IC ? ? ?

 Emissions indirectes ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
Principales évolutions suggérées pour la transition énergétique, et leurs interactions avec les autres facteurs
 (en rouge, les principales mesures favorisées par le passé)
 GNV = gaz naturel véhicule
 34 ZEN 27/05/2021

Impacts sur les autres externalités
 Impact Demande de T. Report modal TR Efficacité Ener. Intensité Carb.

 Prod. et conso. locales
 Commerce proximité

 ↓ vit. axes rapides
 + Fret fer. et fluvial

 ↓ poids véhicules
 Positif

 ↓ vitesse en ville
 TR Poids-lourds

 Progrès moteur

 Agrocarburants
 - Poids-lourds
 Densification

 Taxe carbone
 Autopartage
 + Bus et cars

 Ecoconduite
 Covoiturage

 Technologie
 - Etalement

 Hydrogène
 Télétravail

 Electrique
 - Voiture

 Sobriété
 BioGNV
 - Avion
 + Train
 + Vélo
 Neutre

 GNV
 Négatif
? Incertain

 EXTERNALITES
 Energies fossiles ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 Conso d'énergie ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 Pollution atmosphérique ? ? ? ? ? ? ? ?
 Autres impacts env ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 Métaux ? ? ? ? ? ?
 Bruit ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 Congestion routière ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
Conso d'espace / Biodiversité ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 Accidentologie ? ? ? ? ?
 Sédentarité ? ?
 Dépendance automobile ? ?
 Inégalités territoriales ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 Inégalités sociales ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 Résilience ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 Principales évolutions suggérées pour la transition énergétique, et leurs externalités (qualitatif)
 35 ZEN 27/05/2021

Facilité et coûts de mise en œuvre
 Impact Demande de T. Report modal TR Efficacité Ener. Intensité Carb.

 Prod. et conso. locales
 Commerce proximité
 Positif

 ↓ vit. axes rapides
 + Fret fer. et fluvial

 ↓ poids véhicules

 ↓ vitesse en ville
 TR Poids-lourds

 Progrès moteur

 Agrocarburants
 - Poids-lourds
 Densification

 Taxe carbone
 Autopartage
 + Bus et cars

 Ecoconduite
 Covoiturage

 Technologie
 - Etalement

 Hydrogène
 Télétravail

 Electrique
 - Voiture

 Sobriété
 BioGNV
 - Avion
 + Train
 + Vélo
 Neutre

 GNV
 Négatif

? Incertain

 FACILITE / COÛTS
 Tendanciel ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 Rapidité mise en œuvre ? ? ? ? ? ? ? ?
Coût politiques publiques ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 Coût usagers ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 Acceptabilité ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 Chgmts comportements ? ?
 Temps de transport ? ? ? ? ? ? ? ?
 Distance / Accessibilité ? ? ? ? ? ? ?
 Confort ? ? ? ?
 Emploi ? ? ? ? ? ? ? ?
 Lien social ? ? ?
 Principales évolutions suggérées, leurs facilité ou coûts de mise en œuvre (qualitatif)
 36 ZEN 27/05/2021