Quelles énergies pour les transports au XXIe siècle ? - IAEA
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Quelles énergies pour les transports
au XXIe siècle ?
par Pierre-René Bauquis
Professeur associé à l'Ecole Nationale Supérieure du Pétrole et des Moteurs (IFP School)
Ancien Directeur Stratégie et Planification du Groupe TOTAL
Email: pr_bauquis@hotmail.com
A James Lovelock.
Des dangers de la prospective :
"Dangereuse, puante, inconfortable, ridicule assurément, vouée à l'oubli rapide, telle est la
voiture automobile qu'en Allemagne MM. Benz et Daimler viennent de présenter au Kaiser
Guillaume" (G. Clémenceau, La Justice, 1882, cité par Rougemont).
Introduction consommations mondiales d’énergie liées
au secteur des transports.
La révolution industrielle des XIXe et XXe
Lorsqu'on tente d'analyser ce que pourrait
siècles a été marquée par une modification
être l'avenir des transports au cours du XXIe
radicale des transports. Le XXe siècle en
siècle, et en particulier des transports
particulier a vu l'extraordinaire développement
terrestres, on voit émerger deux questions
de l'automobile et de l'aviation, modes de
essentielles :
transport reposant presque exclusivement
sur l'utilisation de carburants pétroliers. • Comment assurer les besoins en
énergie de ce secteur face au futur
Il en résulte qu'à l'échelle mondiale, les
déclin des productions pétrolières,
consommations énergétiques du secteur
des transports représentaient en l'an 2000 (qu'elles soient dites conventionnelles
1,9 Gtep (1,9 milliards de tonnes équivalent ou non conventionnelles) ? * L’état actuel
pétrole), soit environ 20 % des de ce problème dit du « pic » de la
consommations énergétiques mondiales production mondiale est résumé dans
(9.3 Gtep d'énergies commerciales l’illustration n° 1 (voir Nota).
produites et consommées en l’an 2000).
Plus de 95 % des consommations d'énergie
du secteur des transports sont assurées par
le pétrole, pour environ 1.8 Gtep (sur un
total de 3.7 Gtep de production mondiale *
Nota : L’auteur a publié en 1999 un
d’hydrocarbures liquides en 2000). Les article consacré en partie au sujet du
transports, dont la consommation de pic puis du déclin de la production
produits pétroliers représentait environ un pétrolière mondiale, intitulé “Quelles
tiers de la production mondiale de pétrole au énergies pour le moyen terme (2020)
moment du premier choc pétrolier (1973) en et le long terme (2050) ?”.
représentent donc désormais environ la Cette publicitation se trouve dans la
moitié (47 à 51 % selon les sources et les Revue de l’Energie (numéro spécial
e
50 anniversaire N° 509 – Septembre
modes de calculs utilisés).
1999).
A eux seuls, les transports terrestres Le présent article est un prolongement
représentent plus de 75 % des des réflexions présentées dans cet
article de 1999.
1/27Différents Scénarii de Prévision de la Production Mondiale de Pétrole
Gb/a
45
124
Modèle Hubbert (liq. conv.)
40 Réelle (tout liq.)
111
Réelle (liq. conv.)
ASPO (tout liq.)
ASPO (liq. conv.)
35 Shell 2000
97
P. R. Bauquis 1999
AIE 2002
30
83
25
69
20
55
15
42
10
28
5
14
0
1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Source : ASPO Uppsala 2002 press release - USGS mean estimates 2000 (Shell) - Auteur
* Meilleure adéquation d'une courbe de Hubbert basée sur les estimations actuelles des réserves. PRB/VL
Illustration n° 1
2/27• Comment assurer une maîtrise Un peu d'histoire
progressive des émissions de gaz à effet
de serre, et en particulier du CO2, par le Pendant des millénaires, les hommes ont
secteur des transports au cours du XXIe développé les transports reposant sur la force
siècle ? musculaire animale. Ils ont en particulier
amélioré simultanément les caractéristiques
des chevaux et de leurs modes d'attelage au
L'objet du présent article est de répondre cours des derniers 40 ou 50 siècles.
essentiellement à la première de ces
Dès les premiers balbutiements de la machine
questions, mais cette réponse ne peut être
à vapeur, le rêve de son utilisation pour les
dissociée d’une analyse portant sur la transports terrestres se fit jour. Ce rêve se
question des émissions de gaz à effet de concrétisa dans la première révolution des
serre. transports, celle des chemins de fer à vapeur.
La question de l’avenir des transports Cette longue évolution est jalonnée par la
terrestres présente d’autres aspects machine de Denis Papin (1698), puis celle de
importants, tel l’aménagement des espaces Cugnot (1769) suivies de celles de James
urbains, le rôle des transports collectifs ou la Watt et de Murdoch (toutes deux vers 1780).
question des accidents automobiles. Ces La suprématie en matière de machines à
questions ne seront pas traitées dans le vapeur revint finalement aux Anglais. C'est
présent article. La question des « besoins de probablement pour cela que les trains roulent
transports », sous-jacente à la question des à gauche dans la majorité des pays.
besoins en énergie pour les transports, est la Cependant c'est un Français, Amédée Bollée,
plus délicate : le danger de la prospective est qui porta à leur apogée les essais de
de tomber dans les ornières de l’utopie
transposition de la traction à vapeur aux
sociale ou de l’utopie technologique. véhicules automobiles. Le 9 octobre 1875, il
Une multiplicité de congrès, conférences, relia Le Mans à Paris avec son "Obéissante"
articles sont consacrés à la question des après avoir obtenu le premier "permis de
transports du futur, et en particulier au futur de circuler sur route". Malgré ce permis, il récolta
l'automobile. La plupart de ces articles ou 75 contraventions sur son chemin, que le
conférences se limitent à un horizon de temps Préfet de Police, inconscient du dangereux
relativement court, et peu s’intéressent à la précédent, fera "sauter" deux jours après
période postérieure à 2020. Il s'en dégage l'arrivée à Paris de l'"Obéissante".
actuellement un message dominant : les J'ai cité un peu longuement cette anecdote
problèmes du futur des transports terrestres car elle illustre le fait que les succès ou les
seraient résolus par un nouveau "couple modes d'un moment ne sont pas les ressorts
magique", celui de l'hydrogène marié aux piles du long terme. Ceux-ci dépendent en fait des
à combustibles (PAC). "potentiels de performances technico-
Avant de tenter d'explorer si l'avenir à long économiques", concept un peu abstrait, mais
terme (2020-2050) et à très long terme (2050- point de passage obligé pour qui veut
2100) devrait conduire à l'émergence s'astreindre à une prospective ne reposant
dominatrice de ce nouveau couple magique, il pas uniquement sur la boule de cristal ou sur
est bon de se repencher sur le passé pour les modes du moment (les versions
mieux comprendre pourquoi et comment s'est politiquement correctes ou médiatiquement
imposé le "couple magique" actuel des séduisantes).
transports terrestres : celui des moteurs à Ainsi, si 1875 marquait à la fois l'apogée et la
combustion interne et des carburants
fin prochaine de l'automobile à vapeur, c'est
pétroliers (essence et diesel).
parce qu'un concurrent très discret venait
d'apparaître. En effet, le 16 janvier 1861,
Beau de Rochas déposait le brevet du
3/27premier moteur à explosion à quatre temps. presque, ne conservant que quelques
En même temps, Pierre Michaux mettait au microniches dans la vaste arborescence
point le premier "vélocipède à pédales". Un évolutive des transports terrestres.
philosophe des transports pourrait voir dans
Durant le XIXe siècle, ingénieurs et inventeurs
cette coïncidence plus qu'un hasard, les deux
avaient exploré presque toutes les méthodes
inventions ayant en commun de transformer
possibles de propulsion automobile : les
en mouvement rotatif continu des poussées
véhicules à gaz comprimé (David Gordon
alternatives de haut en bas !
1825, Samuel W. Wright 1828), à air sous
Dans les vingt années qui suivirent, pression (Carl Hoppe 1862) et même à
l'automobile telle que nous la connaissons, ou ammoniac (Charles Tellier 1867). Le plus
presque, était née. De cette période faste surprenant est que le premier brevet de
émergent quelques grands noms auxquels on moteur à explosion (dû au Suisse Isaac de
doit les premiers véhicules de série : Gottlieb Rivaz), datant de 1805, est relatif à un moteur
Daimler et Carl Benz en 1886, Panhard et fonctionnant à l'hydrogène.
Peugeot en 1891, Rudolf Diesel en 1897,
Il convient également de rappeler que les
Louis Renault en 1898…
premiers véhicules hybrides "essence-
Mais la suprématie du moteur à explosion ne électricité" furent étudiés de 1901 à 1906 par
fut pas immédiatement établie. En effet, Champrobert. Ces lointains ancêtres de
durant les vingt dernières années du XIXe l'actuelle Toyota Prius furent abandonnés à
siècle, on allait assister à une lutte au coude à cause de leur complexité et de leur fragilité,
coude entre ces premières "voitures à pétrole" mais le concept était bien le même
et les voitures électriques. qu'aujourd'hui. En effet la "voiture mixte" de 6
chevaux conçue par Champrobert était dotée
Il ne faut pas oublier que la première voiture à
d'un moteur à essence qui maintenait en
atteindre les 100 km/heure était électrique (la
charge des batteries électriques, et ces
"Jamais Contente" de Camille Jenatzy à
batteries actionnaient une motorisation
Achères, près de Paris, en 1898). Il ne faut
électrique qui entraînait les roues. L'objectif
pas oublier non plus qu'à la veille de perdre
était déjà de permettre au moteur à explosion
cette lutte, tout comme la voiture à vapeur en
de fonctionner à un régime continu ou quasi
1875, la voiture électrique semblait devoir
continu, afin d'en optimiser le rendement.
l'emporter. Au "concours des voitures 2
places" organisé en 1898 par le tout jeune De cet immense bouillonnement intellectuel et
Automobile Club de France, c'est la voiture technique des origines de l'automobile, nous
électrique qui domina largement. Ceci nous garderons en mémoire quatre avancées
vaudra un article à méditer du meilleur symboliques par le fait qu'elles sont, de nos
chroniqueur scientifique de l'époque, H.E. jours, toujours au centre des réflexions quant
Hospitalier, dans "La Nature" du 9 juillet 1898 aux énergies qui propulseront les véhicules
(ancêtre de la presse écologique). Dans cet routiers dans le futur (cf. Illustration n° 2).
article il est écrit qu « ’il est désormais acquis
Ce rappel historique illustre en effet les
que le fiacre à moteur à essence ne saurait
principales réponses possibles aux questions
constituer un système d'exploitation de
qui se posent pour les automobiles de demain
voitures publiques dans une grande ville ». Là
et d'après-demain : quelles énergies, pour
encore, l'événement immédiat occultait la
quelles motorisations ?
compréhension des tendances fondamentales.
Ce journaliste sembla avoir raison durant
quelques brèves années, puisqu'en 1901 une
"Krieger" électrique parcourut 307 km (Paris-
Châtellerault) sans recharge. Puis, tout
comme les véhicules automobiles à vapeur,
les véhicules électriques disparurent ou
4/27Quels besoins d'énergies pour les
transports de demain ?
Une tentative de réflexion sur les véhicules de
demain (2020-2050) et d'après-demain (2050-
2100) repose sur diverses approches
possibles : faut-il partir des technologies,
c'est-à-dire de ce que nous savons pouvoir
réaliser aujourd'hui et de ce que nous
pouvons espérer mettre au point demain
comme solutions "économiquement
acceptables" ? Faut-il partir des ressources
énergétiques à notre disposition aujourd'hui et
demain ? Faut-il partir des contraintes
environnementales (locales comme globales )
et de leur poids toujours croissant ?
En fait la prospective oblige à une approche
combinant ces trois aspects fondamentaux,
afin d'essayer de dégager une ou plusieurs
visions plausibles.
Mais auparavant, nous rappellerons ce que
sont aujourd’hui les automobiles, leurs parcs
actuels et leurs grandes caractéristiques
d'utilisation, caractéristiques dont résultent
leurs besoins énergétiques.
5/27L ’automobile d’hier et de demain :
quelques dates clés
Hydrogène Charbon Electricité Biocarburants
1805 1892 1899 1903
Le premier Le premier moteur La première Le record mondial
moteur à explosion Diesel fonctionnait voiture à dépasser de vitesse est obtenu
fonctionnait à au charbon les 100 km/h était par une
l ’hydrogène: pulvérisé électrique la Gobron-Brillié à
Isaac de Rivaz Brevet de Rudolf « jamais contente » éthanol agricole
(Suisse) Diesel de Camille Jenatzy (177 km/h)
(Allemand) (Français) (Français)
Les technologies automobiles du futur ont presque
toutes une longue histoire...
Illustration n° 2
Le secteur des transports en l'an 2000
Le secteur des transports Le secteur des transports
dans le monde (*) en France (*)
MTEP % MTEP %
Transports routiers 1 500 80 40 76
Transports aériens 200 10 6 12
Transports maritimes 100 5 3 6
Transports autres 100 5 3 6
1 900 100 52 100
Consommation énergétique totale 9 300 200
Transports en % du total 20% 25%
(*)
Valeurs arrondies
(pour des valeurs précises et détaillées, on se rapportera
au World Energy Outlook 2000 de l'AIE).
Illustration n° 3
6/27L'illustration n° 3 montre que la France § Nous avons tout d'abord supposé que
possède une structure des consommations les transports terrestres restent
énergétiques en matière de transports dominants en matière de besoins
similaire à la structure mondiale. énergétiques tout au long du XXIe
siècle, représentant les trois quarts du
Si l’on veut porter un regard prospectif sur le
total en 2100… tout comme aujourd'hui.
long terme (2050) et le très long terme
Ceci reflète le maintien de l'appétit de
(2100) des transports, un second élément
mobilité individuelle couplé à la
de "cadrage" apparaît nécessaire : c’est
croissance économique des pays
celui des hypothèses retenues en matière
émergents ou "non OCDE".
de population, de consommations
énergétiques globales et de développement § Nous avons par ailleurs supposé un
économique à ces mêmes horizons. Ces ralentissement des croissances des
éléments sont résumés dans l’illustration consommations. Ceci résulte de trois
n° 4. Pour le passé, les données sont les phénomènes étroitement liés : le
statistiques AIE ou OCDE arrondies aux progrès technique, l'intervention
chiffres significatifs ; pour le futur, ce sont supposée croissante des législateurs et
celles de l'auteur. Ces données de cadrage des régulateurs dans les performances
font ressortir deux grands phénomènes qui et les utilisations des véhicules, et
devraient marquer le XXIe siècle : l'accroissement des coûts des
carburants pétroliers lié au déclin de la
§ Le très fort ralentissement de la
production pétrolière mondiale à partir
croissance démographique mondiale.
de 2020 environ (ou 2030-2040 si de
Certains auteurs prévoient même une
fortes hausses de prix préalables au pic
décroissance de la population mondiale
de la production pétrolière mondiale
après 2050.
venaient à repousser et à étaler ce pic).
§ Le relatif ralentissement de la
Nous allons, dans le prochain paragraphe,
croissance économique mais surtout la
essayer de montrer que les chiffres retenus
"dématérialisation" de celle-ci et la forte
sont compatibles avec certaines hypothèses
baisse de son "énergivoracité", c’est-à-
d’évolution des parcs automobiles (VP –
dire du montant des quantités
voitures particulières – et VU – véhicules
d’énergies consommées par quantités
utilitaires) mondiaux et des consommations
de richesses ou d’unités de PNB
unitaires, prévues en forte diminution.
mondial.
§ Rappelons enfin que notre vision du
On pourrait naturellement discuter à l'infini
long terme des productions pétrolières
ces grandes hypothèses et balayer de
(voir illustration n° 1) est celle d'un
multiples scénarios, mais au prix d'un
début de déclin vers 2020, ou plutôt
paysage obscurci ou même illisible en ce
lorsque productions cumulées auront
qui concerne l'avenir du secteur des
atteint 1500 Gbbl (contre 800 milliards
transports. L'avantage d'une vision centrale
de barils cumulés en 2000). Dans une
simpliste mais unique, aussi discutable soit-
telle vision, la question centrale sera
elle – à condition de n'être pas absurde –
celle des sources d'énergies capables
est de pouvoir être utilisée pour tenter
d'assurer les 3.4 Gtep en 2050 et les
d'analyser le futur. Ce cadrage de la
quelques 4 Gtep vers 2100 nécessaires
démographie, de l'énergie et de l'économie
aux besoins du secteur des transports,
aux horizons 2050 et 2100 permet d'établir
tels que nous les avons imaginés à ces
une vision globale des besoins énergétiques
horizons (voir illustration n° 5).
du secteur des transports, résumée dans
l'illustration n° 5 :
7/27Démographie, Economie et Energie:
1960 2100
1960 1980 2000 2020 2050 2100
§ Population Mondiale Ghab 3.0 4.5 6.0 7.5 8.0 10.0
12
§ PIB Mondial (Base PPA) 10 $ 8.0 20 35 70 150 300
1990
§ Consommation d’énergies 3.8 6.4 9.5 14.0 18.0 23.0
commerciales (Gtep)
§ PNB/Tête (en $/90) 2670 4.440 5830 9.330 18.750 30 000
§ Energie/Tête (en Tep/hab) 1.3 1.4 1.6 1.9 2.3 2.3
Nombre de TEP consommées
0.47 0.32 0.27 0.20 0.12 0.08
par 1000 $ 1990 de PIB mondial
Nombre de $ 1990 de PIB
mondial pour chaque Tep 2100 3125 3680 5.000 8330 10.000
consommée.
Passé: Statistiques « valeurs arrondies » Futur: Estimations de l ’auteur
Illustration n° 4
Les consommations énergétiques
du secteur des transports
1980 2100
Consommations
mondiales 1980 2000 2020 2050 2100
en milliards de Tep
Transports terrestres 0.9 1.5 2.5 2.0 2.5 3.0
Transports aériens 0.1 0.2 0.5 0.4 0.5 0.6
Transports maritimes 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 0.3
Transports autres 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2
TOTAL 1.2 1.9 3.2 2.7 3.4 4.1
Sources : AIE Auteur
Illustration n° 5
8/27L’hypothèse économique sous-jacente est quadruplement du prix du brut (passage
celle d’un important changement du niveau d’une époque 1998-2003 à 25$/bbl à une
des prix de l’ensemble des énergies, lié à la époque 2015-2025 à 100$/bbl en dollars
question du pic, puis du déclin de la constants 2000).
production pétrolière mondiale. Le pétrole
joue en effet depuis plus de cinquante ans
le rôle de prix directeur de l’ensemble des La façon dont ce second choc pourrait
énergies, et son prix a été multiplié en gros survenir n’a pas grande importance. Pour
par quatre en termes réels depuis les prendre une image géologique, on pourrait
années 1970, du fait des chocs pétroliers de dire que nous sommes en face d’un
1973 à 1979, malgré le ou les contre-chocs problème de tectonique : les évolutions à
(prix 1998-2003 de 25$ par baril comparés à venir doivent faire cesser l’accumulation des
ceux de 1968-1972 de 6$ par baril en contraintes. En tectonique, ceci peut se faire
monnaie réelle, c’est-à-dire en dollars par un décrochement brutal d’une faille
constants de l’année 2000). Cette première majeure ou par le jeu de failles multiples de
et forte hausse en termes réels a cassé le faibles rejets individuels. De même le
rythme de la croissance de la demande rééquilibrage de l’ensemble du système
pétrolière (en gros de 6 % par an entre 1950 énergétique mondial peut se faire par un
et 1973 à 1,5 % par an depuis : voir événement brutal sur le prix du pétrole brut
illustration n° 1). Un second choc sera comme en 1973 (même si celui-ci fut suivi
nécessaire, quelque part entre aujourd’hui de diverses secousses secondaires), ou par
et 2020, amenant à s’adapter à l’arrêt de une série d’ajustements successifs.
toute croissance de la production
d’hydrocarbures liquides naturels. Ce choc
aura plusieurs conséquences : Une fois ce rééquilibrage réalisé, on peut
s’interroger quant au relais du rôle joué par
1. Il permettra de développer à grande le pétrole en matière de prix directeur de
échelle les économies de consommation l’ensemble des autres énergies. Nous
d’énergies sous toutes leurs formes. pensons que ce sera le pétrole qui jouera ce
2. Il permettra de développer au maximum rôle, pendant longtemps encore, mais lui-
de leur potentiel les énergies même verra son prix très fortement lié aux
renouvelables. coûts des diverses formes d’hydrocarbures
3. il permettra une forte réduction des liquides de synthèse, qui joueront donc dans
consommations unitaire des automobiles le système un rôle de « prix directeurs
4. il stimulera la production à grande invisibles ».
échelle d’hydrocarbures liquides de
synthèse.
5. il stimulera la production d’hydrogène à Dans ce nouveau contexte, une régulation
des coûts compétitifs à partir du politique des prix (par l’OPEC ou d’autres
nucléaire ou des énergies renouvelables, acteurs) ne sera plus nécessaire.
6. Et il stimulera enfin un redémarrage à
grande échelle de l’énergie nucléaire au
plan mondial, avec de nouvelles filières Cette nouvelle situation ne sera pas
(voir génération IV à partir de 2020 dépourvue de risques. Par exemple, en ce
environ. qui concerne les biocarburants, les
nouveaux niveaux de prix des énergies
risquent de rendre la « concurrence pour les
L’ampleur du choc nécessaire telle terres arables et pour l’eau » impitoyable,
qu’estimée par l’auteur est du même ordre acculant certaines régions à sacrifier leurs
d’importance que celle du choc des années productions de ressources vivrières. De
1970, c’est-à-dire de l’ordre d’un nouveau même, cette évolution des prix engendrera
9/27des tentations de « fuite en avant » en
matière de biotechnologies, OGM ou autre,
pour accroître les rendements des
productions de biomasses à finalité
énergétique.
10/27Energie et Transports
2000 2100
Energie Monde (en Gtep) 2000 2020 2050 2100
Dont :
Pétrole 3.7 5.0 3.5 1.5
Gaz 2.1 4.0 4.5 2.0
Charbon 2.2 3.0 4.5 4.5
Nucléaire 0.6 1.0 4.0 12.0
Renouvelables 0.7 1.0 1.5 3.0
Consommation totale d'énergie 9.5 14.0 18.0 23.0
(Gtep)
Dont :
Energies consommées pour les
transports - Gtep 1.9 2.7 3.4 4.1
Pourcentage des consommations
énergétiques assurant les 20% 19% 19% 18%
besoins des transports
Source : Passé : Statistiques AIE arroundies - Futur : Estimations de l'auteur
Illustration n° 6
Nota : la quasi constance et même le léger déclin de la part de l’énergie mondiale consommée par le
secteur des transports (20 % en 2000 versus 18 % en 2100) est contraire à certaines prévisions qui
voient la part des transports augmenter fortement (jusqu’à 50 % et plus !).
11/27Le parc automobile mondial
2000 2100
Parc automobile mondial 2000 2020 2050 2100
(milliers de véhicules)
VP 500 900 1 200 2 000
VU 350 400 500 700
TOTAL 850 1 300 1 700 2 700
VP part OCDE 75% 66% 50% 33%
VU part OCDE 50% 45% 40% 30%
Source pour les prévisions : auteur
Illustration n° 7
* Dans ce tableau on suppose la « géographie » de l’OCDE figée dans sa configuration en l’an 2000.
Ce tableau n’est pas le résultat d’une étude (qui devrait incorporer l’évolution des modes de
transports collectifs, de l’urbanisation, des kilométrages annuels parcourus, etc.). Il n’est qu’une
estimation fournie pour permettre de vérifier une cohérence d’ensemble des chiffres avancés par
l’auteur en matière de consommations d’énergies du secteur des transports.
12/27Bilans énergétiques des transports routiers: valeurs
des consommations relatives 2000 2050
2050 VP+VU à 2050 VP+VU à
2000 puissances puissances
VP+VU moyennes moyennes
inchangées abaissées de 50% (*)
1 2 3
Consommation unitaire moyenne
Base 100 75 50
Pétrole Autres Pétrole Autres Pétrole Autres
98 2 50 25 30 20
GNV 1.0 GNV 3 GNV 2.5
Electricité 0.5 Electricité 20 Electricité 15
Biomasse 0.5 Biomasse 2 Biomasse 2.5
(*) L ’écart moyen actuel des puissances entre les versions les plus motorisées et les
moins motorisés des mêmes modèles est de l ’ordre de 100%. Ces écarts se traduisent
par des différences entre les moyennes de consommations de l’ordre de 30%.
Illustration n° 8
Ecarts de puissance pour un même modèle
automobile (Août 2002)
Modèle le Modèle le
moins puissant plus puissant
Renault Clio 60 CV 172 CV
Vel Satis 165 CV 245 CV
PSA Peugeot 206 60 CV 137 CV
Peugeot 307 75 CV 138 CV
Peugeot 607 160 CV 210 CV
Citroën Citroën C3 60 CV 110 CV
Citroën Xsara 75 CV 167 CV
Citroën C5 117 CV 210 CV
Ford Fiesta 68 CV 100 CV
Focus 75 CV 170 CV
Volkswagen Polo 55 CV 100 CV
PPolo
Lupo 60 CV 125 CV
Golf 75 CV 204 CV
Honda Civic 90 CV 200 CV
Fiat Punto 90 CV 130 CV
Toyota Corolla 97 CV 192 CV
Un écart moyen de puissances du simple au double pour les mêmes modèles.
Des écarts de consommation de l ’ordre de 30%.
Illustration n° 9
13/27Quelles sources d’énergies pour les hydrocarbures naturels pourraient encore
transports en 2050 et 2100 ? fournir 1 Gtep d’énergie au secteur des
transports à l’horizon 2100. Déjà en 2050,
Les contraintes physiques sur les un "déficit" de 1 Gtep pour le secteur des
ressources en hydrocarbures liquides et transports serait donc à combler par
gazeux et les contraintes d'émissions de d'autres sources d'énergies, sachant que
gaz à effet de serre, tant pour les nous avons déjà intégré dans nos prévisions
hydrocarbures que pour le charbon, un fort impact du progrès technique et des
paraissent conduire à une forte réduction du législations visant aux réductions des
rôle relatif des énergies fossiles au plan consommations des véhicules. Cet impact
mondial au cours du XXIe siècle. représente dans nos hypothèses une
L'illustration n° 6 résume ce second diminution de 50 % des consommations
"cadrage" dans lequel doit s'inscrire notre unitaires moyennes sur les parcs VP + VU
réflexion sur la problématique à long terme entre 2000 et 2050. (voir illlustrations n° 7, 8
de la satisfaction en énergie des besoins de et 9).
transports. Le problème est donc, en gros, de savoir
Une question s’impose lorsque l'on quelles énergies pourraient fournir au
considère la fin du XXIe siècle : la production secteur des transports les 1 Gtep
pétrolière mondiale serait, selon nous, de manquants en 2050 et les 3 Gtep
l'ordre de 1,5 Gtep par an à l’horizon 2100, manquants en 2100 que les productions
alors que les seuls transports nécessiteront d'hydrocarbures liquides naturels ne
environ 4 Gtep d'énergie. Il ne peut donc pourraient pas satisfaire.
être question d'une simple continuité des Il existe deux types possibles de réponses à
sources d'énergies actuelles, avec en cette question, qui d’ailleurs pourraient se
particulier l’ensemble du secteur des combiner.
transports reposant à plus de 95 % sur le
pétrole. Il n'y a aucun problème à extrapoler La première réponse possible est la
jusqu'en 2020 les modes de transports production d'hydrocarbures de synthèse (ou
actuels et les consommations d'énergies qui composés chimiques carburants équivalents
leur sont liées. Mais dès avant 2050 on voit : alcools, esters, etc..) pour suppléer les
se dessiner un basculement : à cette date, déficits. La seconde réponse possible est
on disposerait d'une production pétrolière l'introduction massive de nouvelles sources
mondiale de 3.5 Gtep (du même ordre de ou vecteurs d'énergie dans le secteur des
grandeur que la production actuelle) alors transports, l'hydrogène et l'électricité faisant
que les seuls transports en demanderaient a priori figure de favoris … Rappelons que
presque autant. Il est clair que le pétrole ne leur utilisation dans le domaine des
peut être réservé à 100 % de sa production transports terrestres a été envisagée (pour
aux seuls transports : Du fait de sa valeur l'hydrogène) ou mise en œuvre (pour
économique en tant que matière première l'électricité) depuis plus d'un siècle (voir
(pétrochimie, solvants, cires et paraffines, illustration n° 2).
bitumes, etc..), ou en tant que source
d’énergie calorifique pour les
consommateurs isolés (usines, plantations,
habitations, etc…) le secteur des transports
ne devrait pouvoir compter au mieux que
sur environ 60 % de la production totale à
l'horizon 2050, soient quelques 2.5 Gtep et
un pourcentage logiquement moindre au
delà. Nous supposerons, ce qui est
probablement optimiste, que les
14/27§ Les hydrocarbures de synthèse profonds, dessalement à grande échelle,
etc.).
Ceux-ci se rangent en trois familles, dont
deux ont déjà une longue histoire : ceux Rappelons que le rendement net des
produits à partir de biomasse (éthanol, biocarburants est au mieux de l’ordre de
méthanol, huiles végétales, EMC, ETBE, 1 tep/ha/an, qu’il s’agisse des filières alcools
etc..) et ceux produits à partir d'autres ou des filières oléagineux… et
énergies fossiles, filières GTL (gas to probablement du même ordre demain pour
liquids) ou CTL (coal to liquids), variantes du les futures filières ligno-cellulosiques. La
procédé Fischer Tropsch ou par « concurrence pour la terre » limitera donc
l’hydrogénation directe (variantes du le développement des biocarburants à
procédé Bergius). Ces deux premières environ 10 % de nos besoins sur 2050 –
familles de procédés sont bien connues et 2100, utilisant quelques 15 % des terres
leur potentiel régulièrement réévalué. arables ou forestières. Même une
Cependant, tant les carburants ex-biomasse "révolution OGM" ne semble pas pouvoir
que ceux obtenus par synthèse Fischer faire sauter ces verrous limitatifs, permettant
Tropsch semblent devoir connaître des seulement d'en reculer les niveaux et donc
limitations quant à leur potentiel quantitatif. les dates d'apparition.
Compte tenu des ordres de grandeur en
Pour les carburants ex-synthèse Fischer
cause, ces hydrocarbures synthétiques que
Tropsch, les limitations sont aussi
nous savons déjà produire nous
économiques, mais liées au coût futur,
permettraient peut-être de résoudre la
logiquement croissant, d’une part des
question posée jusque vers 2050, mais très
émissions de CO2, et d’autre part des coûts
probablement pas à un horizon plus lointain.
également croissants de leurs matières
En revanche, nous n’évoquerons pas les
premières (gaz ou charbon). Ces procédés
recherches portant sur des filières de
sont, en effet, et resteront "énergivoraces".
production d’hydrocarbures liquides
Cette contrainte ne sera peut-être pas
synthétiques par des voies plus exotiques,
encore majeure en 2020 mais le deviendra
dont les probabilités de succès au plan
au-delà, bien avant 2050, date
économique restent actuellement très
approximative à laquelle, par contrainte sur
faibles (polymérisation ou «homologation »
les ressources, il faudrait passer du GTL au
du méthane, bioprocédés à partir de
CTL. Le recours massif au GTL ou au CTL
cultures de divers unicellulaires ou autres).
pour produire des carburants de synthèse
Nous n’évoquerons qu’une seule filière
supposerait que nous ayons su résoudre à
« exotique » car elle nous semble avoir un
un coût raisonnable la question de la
réel potentiel : celle de la production
séquestration du CO2 émis dans les usines
d’hydrocarbures à partir d’hydrogène produit
de production de ces carburants.
soit à partir d’énergies renouvelables, soit
plus probablement à partir d’énergie Nous avions dit qu'il y avait trois familles
nucléaire. C’est ce que l’on pourrait appeler possibles d'hydrocarbures de synthèse, en
la « carbonisation de l’hydrogène ». ayant seulement évoqué la troisième, qu’on
pourrait appeler « l'hydrogène carboné ». Il
Les limitations sont de nature différente pour
s’agirait de produire de l'hydrogène à partir
les biocarburants et pour les carburants
d'énergies renouvelables ou nucléaires, et
Fischer Tropsch. Pour les biocarburants,
de le "carboner" à la source afin d'éviter
c'est une question de coût croissant avec
toute la coûteuse logistique du transport
les besoins d’une part, et d’autre part, de
massif de l'hydrogène, de sa distribution et
besoins croissants en terres arables et en
de son stockage à bord des véhicules.
eau (cette dernière étant elle-même produite
à l'avenir avec un contenu énergétique
croissant : pompages de plus en plus Ce concept de la "carbonisation de
l’hydrogène" ne semble pas avoir été
15/27réellement exploré au cours du dernier
demi-siècle, mais il est théoriquement
séduisant. On peut mettre en œuvre ce
concept par une voie analogue au Fischer
Tropsch : on produirait de l’oxyde de
carbone (par oxydation partielle de charbon
ou de biomasses), qu’on combinerait avec
de l’hydrogène très probablement d’origine
« nucléaire ». On peut penser qu’il existera
des mises en œuvre plus efficaces au plan
économique, par hydrogénation directe de
substances carbonées (successeurs des
procédés Bergius développés en Allemagne
en parallèle du procédé Fischer Tropsch
dans le contexte de préparation à la
seconde guerre mondiale).
Naturellement, l’idéal serait de pouvoir
utiliser du CO2 comme source de carbone,
combinant alors séquestration du CO2 et
carbonisation de l’hydrogène.
Au total si les carburants de synthèse
"classiques" ou nouveaux, comme
l’hydrogène carboné, venaient à buter sur
des limitations technico-économiques, il
nous reste à évoquer les grands challengers
possibles que sont l'hydrogène d'une part et
l'électricité d'autre part.
16/27§ L'hydrogène transports est la raréfaction des
hydrocarbures et l'accroissement corrélatif
Une vaste littérature nous rappelle depuis
de leur coût, cette méthode d'obtention ne
1875 (Jules Vernes, l’Île mystérieuse) que
peut donc apporter une réponse durable au
l'hydrogène est le carburant de demain, car
problème posé. De même le recours au
il est inépuisable et idéalement propre
charbon pour produire massivement de
puisque sa combustion ne produit que de
l’hydrogène sera en fait limité par les coûts
l'eau.
qui seront liés à l’émission du CO2 ou à sa
Combien d'articles, de livres, de séminaires ségrégation.
sur ce thème : un article des années 1930
Restent les autres méthodes possibles de
mettait les Français en garde contre la
production d’hydrogène. Si théoriquement la
future armée allemande qui serait dotée de
production d’hydrogène par des procédés
camions à hydrogène ! Les publicités
biologiques (bactéries, algues) est possible,
actuelles de certains groupes industriels de
on est actuellement loin de disposer de
premier plan n'hésitent pas à affirmer un
procédés potentiellement économiques.
avenir radieux au plus léger des atomes
L’écart actuel varie d’un facteur 100 à 1000
dans le secteur des transports.
selon les études ou les procédés envisagés.
Une première constatation s'impose lorsque En revanche, la production d’hydrogène par
l'on parcourt la littérature relative à électrolyse (comme au début du XX e siècle)
l'hydrogène : la relative discrétion quant à sa ou par la décomposition thermique de l'eau
production, qui est le vrai problème, au profit via des cycles thermochimiques plus ou
de longs développements sur son stockage moins complexes, est moins éloignée du
et son utilisation dans les moteurs, turbines, seuil économique.
ou piles à combustibles. Ces
Ainsi, en Europe ou aux USA actuellement,
développements soulignent le caractère
avec du courant électrique à 20 ou
propre des véhicules à hydrogène,
25 €/MWH, le coût de l’hydrogène obtenu à
n’émettant localement que de l’eau, mais
grande échelle par électrolyse serait de
négligeant généralement les aspects
deux à trois fois celui de la production
économiques et les émissions de CO 2, en
d’hydrogène par reformage ou oxydation
amont des cycles hydrogène.
partielle. Si on envisageait un recours
L'hydrogène n'est pas en effet une source massif aux voies électrolyse ou cycles
d'énergie mais un vecteur énergétique, et thermochimiques, cela revient à dire que,
pour le produire, il faut d'abord utiliser pour produire massivement de l'hydrogène,
d'autres énergies. Après avoir été produit il nous faudra disposer massivement
par électrolyse au début du siècle, d'électricité ou de calories bon marché non
l'hydrogène est actuellement produit à 98 % émettrices de CO 2. Sauf percées
à partir d'hydrocarbures ou de charbon, inattendues du côté des énergies
avec un coût de production allant de deux à renouvelables, c'est donc le nucléaire qui
cinq fois celui des hydrocarbures utilisés devrait fournir l'hydrogène nécessaire à long
pour le produire. Ce rapport est de l'ordre de terme pour assurer les transports de demain
deux lorsqu'on part d'hydrocarbures "chers" (de même que l'hydrogène qui serait
– reformage de gaz naturel ou de naphta en éventuellement utilisé directement comme
Europe par exemple – et de l'ordre de cinq vecteur énergétique).
lorsqu'on part d'hydrocarbures "bon marché"
Supposons ce problème clef de la
– gaz naturel dans un pays producteur
production de l'hydrogène résolu. Il convient
exportateur ou résidu lourd de raffinerie
alors de s’interroger si cet hydrogène
alimentant une unité d’oxydation partielle
constitue un bon ou un mauvais vecteur
(Pox) en Europe ou aux USA –. Ceci est
énergétique pour assurer la fonction
illustré par les schémas 10 et 11. Si la
transports. Voici notre réponse. Dans notre
raison pour recourir à l'hydrogène dans les
17/27hypothèse économique – quadruplement du massivement à terre autrement que sous
prix des hydrocarbures – l’hydrogène pression dans des canalisations.
nucléaire devient compétitif. Mais pour
Par ailleurs la mise à bord et le stockage de
produire l’hydrogène à partir du nucléaire, il
l’hydrogène dans un véhicule coûtent de
faudra développer des réacteurs adaptés à
l’ordre de cent fois plus cher que ceux d’un
cette fonction : probablement des réacteurs
carburant classique, essence, gas-oil ou
HTR ou autres filières étudiées dans le
kérosène. Et ceci très probablement restera
cadre de la génération IV, combinant bons
vrai quels que soient les modes de stockage
rendements énergétiques et utilisation
retenus pour l'hydrogène : réservoirs à très
efficace des combustibles fissile.
haute pression (400 bars ou même 800
Cependant l'hydrogène est et restera un très bars), hydrogène liquide cryogénique (à –
mauvais vecteur énergétique en matière de 253°C), hydrogène chimiquement combiné
transports terrestres. Il pourrait par contre (hydrures) ou adsorbé (nanotubes de
être intéressant en matière de transports carbone par exemple). Dans tous les cas,
aériens : cette question sera évoquée plus sauf celui de l’hydrogène liquéfié
loin. Ces deux affirmations reposent sur une cryogénique, la difficulté technico-
analyse des fondamentaux technico- économique est liée à la faible masse
économiques de l'hydrogène, dont la d’hydrogène stocké par rapport à la masse
caractéristique principale est de présenter du réservoir nécessaire. Par exemple dans
une très bonne compacité énergétique par le cas de l'hydrogène sous pression, la
unité de masse, mais une très médiocre masse de l'hydrogène stocké dans celui-ci
compacité énergétique par unité de volume, n'est que de l'ordre de 2 ou 3 % de la masse
quelle que soit la forme sous laquelle on du réservoir dans le cas de réservoirs
assurerait son transport et son stockage. métalliques, bien qu’elle puisse atteindre la
dizaine de pourcents dans le cas de
Pour illustrer la médiocrité de la compacité
réservoirs composites à 350 ou 700 bars.
énergétique volumique de l'hydrogène,
seule déterminante pour les transports De même, dans le cas des hydrures, il ne
terrestres, quelques chiffres suffisent. Le semble pas que la masse d’hydrogène
transport de l'hydrogène par canalisation utilisable puisse dépasser en pratique 2 % à
coûte et coûtera à l'avenir environ deux fois 3 % de la masse constituée par le réservoir
plus cher que celui du gaz naturel, qui lui- avec ses hydrures.
même coûte environ cinq fois plus cher en
Sa bonne efficacité énergétique exprimée
termes de logistique que celui des
en termes de contenu énergétique par unité
hydrocarbures liquides. Il s'agit là de
de masse se voit en fait totalement
caractéristiques intrinsèques et la
neutralisée par le fait que l’hydrogène non
thermodynamique ne se modifie pas par le
liquéfié nécessite un contenant, quelle qu’en
progrès technique. On peut donc dire dès
soit la forme, dont la masse est de l’ordre de
aujourd'hui qu'en 2050 comme en 2100 une
vingt fois celle de l’hydrogène contenu (voir
logistique hydrogène par canalisations,
illustration n° 12)
massives ou capillaires, coûtera environ dix
fois plus cher par unité d'énergie transportée En ce qui concerne la solution de
qu'une logistique d'hydrocarbures liquides. l’hydrogène liquéfié cryogénique, les
Ce facteur dix est d’ailleurs un minimum limitations sont plus liées au volume du
calculé à partir des seules capacités réservoir qu’à sa masse. Elles sont
énergétiques des canalisations de également liées au nécessaire «boil off »
transports en oubliant tous les autres (évaporation du liquide cryogénique
facteurs de "surcoûts" liés à la logistique nécessaire pour produire les frigories
hydrogène : problèmes spécifiques de permettant de la maintenir à température
sécurité et difficulté de le transporter constante) et à l’importante consommation
d’énergie nécessaire à la liquéfaction de
18/27l’hydrogène (de l’ordre de 25 à 30 % de la victoire à long terme de l’hydrogène, même
charge). à l’intérieur de ces niches d’utilisation.
Une émission d’hydrogène, même faible, Par contre, en ce qui concerne les
n’est évidemment pas tolérable pour des transports aériens, l'hydrogène pourrait un
voitures particulières, qui doivent pouvoir jour bénéficier de son atout de fort contenu
être laissées dans des garages ou parkings énergétique massique : quasi-sans intérêt à
pour des durées indéterminées. terre, cette caractéristique pourrait devenir
intéressante pour le transport aérien à très
L'annonce, par un constructeur automobile,
long terme, disons après 2050. Cette idée
au Congrès Mondial du Pétrole de Rio de
n'est pas neuve et a déjà donné lieu à
Janeiro en septembre 2002, de la mise au
nombre de projets et même d'essais
point d'un réservoir cryogénique embarqué
(Bombardier B57 modifié en 1957, Tupolev
sur automobile avec "zéro boil off"
154 modifié rebaptisé 155 en 1988, etc..).
constituerait une percée majeure. On
conçoit cependant mal sur quels principes Pour des avions, le problème de
physiques un « zéro boil off » véritable l'encombrement volumique demanderait de
pourrait reposer. consacrer 20 ou 30 % du volume du
fuselage aux réservoirs d'hydrogène
Au total, l’hydrogène apparaît donc bien
cryogénique, ce qui ne devrait pas
comme un très médiocre vecteur
constituer un handicap insurmontable.
énergétique en terme de coûts, aux trois
stades essentiels de sa mise en œuvre : sa En fait, la question de l’utilisation éventuelle
production, sa logistique tant massive que de l’hydrogène (sous sa seule version
capillaire, et son stockage à bord des liquéfiée par cryogénie) dans l’aviation
véhicules. mériterait une étude spécifique : nous avons
vu que la question du «boil off » excluait
La bonne efficacité énergétique de son
une pénétration massive de l’hydrogène
utilisation dans des piles à combustibles,
liquéfié dans les transports terrestres, alors
même si celles-ci étaient bon marché, ne
que ce n’est pas un obstacle majeur pour
semble pas pouvoir compenser ces
les transports aériens par gros porteurs. Par
handicaps économiques majeurs. Le fait
ailleurs, le gain de poids a une grande
qu’il puisse exister dans le monde des
valeur économique pour les transports
situations exceptionnelles (le cas de
aériens mais pas pour les transports
l’Islande) où les circonstances locales
terrestres. Au total, un bilan H2 liquéfié
pourraient justifier au plan économique le
versus carburants de synthèse reste à faire
recours au vecteur hydrogène ne permettent
pour l’aviation, mais l’hydrogène devrait y
pas d’infirmer ces conclusions.
montrer des avantages nettement plus
Il résulte de ces caractéristiques technico- marqués pour l’aviation que pour les
économiques que l'hydrogène mis à bord transports terrestres. Ceci n’exclut
des véhicules a fort peu de chances de cependant pas que d’autres facteurs,
s'imposer en matière de transports comme l’émission d’oxydes d’azote par les
terrestres et devrait rester cantonné à turbines à hydrogène, pourraient venir
quelques niches restreintes (par exemple entraver le développement pratique de ce
flottes urbaines de transports en commun à concept.
hydrogène liquide ou à haute pression). Ces
niches seraient en gros les mêmes que
celles des véhicules "tout électrique" à
accumulateurs. Malgré la quarantaine de
« stations service » à hydrogène en activité
ou en projet fermes existant actuellement
(2003), rien ne permet de présager la
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