Travail de Bachelor Les véhicules électriques dans la commune de Martigny - HEIG-VD
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Travail de Bachelor
Les véhicules électriques dans la
commune de Martigny
Pauline Muller
HEIG-VD – Géomatique, génie de l'environnement
Mai-Juillet 2017
Professeur encadrant: Jens Ingensand
Travail effectué en collaboration avec le CREM à Martigny
Encadrant CREM: Thierry Bernhard
Expert: Jakob Rager (CREM)
Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor
Table des matières
1 Introduction ....................................................................................................................................... 1
1.1 Évolution des moyens de transport ........................................................................................... 1
1.2 Voitures électriques.................................................................................................................... 4
1.3 Martigny ..................................................................................................................................... 6
1.4 Objectifs du travail ..................................................................................................................... 7
1.5 Périmètre de l'étude ................................................................................................................... 7
2 Méthodologie de travail ..................................................................................................................... 8
3 Analyse du cycle de vie des voitures électriques ............................................................................. 12
4 Mobilité électrique en Suisse Romande........................................................................................... 21
5 Utilisation réelle des voitures électriques ........................................................................................ 22
6 Hypothèses ....................................................................................................................................... 23
7 Analyse ............................................................................................................................................. 24
7.1 Caractérisation de la situation actuelle .................................................................................... 24
7.2 Faisabilité technique................................................................................................................. 26
7.2.1 Sources des informations ................................................................................................. 26
7.2.2 Caractéristiques des véhicules électriques de remplacement existants .......................... 27
7.2.3 Types de véhicules pouvant être remplacés..................................................................... 28
7.2.4 Contraintes........................................................................................................................ 29
7.3 Bilan des émissions de CO2 pour chaque type de véhicule ...................................................... 29
7.4 Analyse des trajets effectués par le véhicule électrique suivi par GPS (Berlingo Electric)....... 31
7.4.1 Définitions et hypothèses de base.................................................................................... 31
7.4.2 Méthodologie d'utilisation des données .......................................................................... 32
7.4.3 Résultats ........................................................................................................................... 36
7.4.3.1 Caractérisation de l'utilisation du véhicule: trajets ..................................................... 36
7.4.3.1.1 Analyse de la recharge ........................................................................................ 39
7.4.3.1.1.1 Zones potentielles de pose de bornes ......................................................... 39
7.4.3.2 Caractérisation de la consommation et de l'autonomie du véhicule selon le type de
parcours ..................................................................................................................................... 41
7.4.3.2.1 Parcours de calibration du 19 juin 2017.............................................................. 41
7.4.3.2.2 Parcours de calibration du 3, 7 et 10 juillet 2017 ............................................... 43
7.4.3.2.3 Parcours relevés réels ......................................................................................... 47
7.4.3.2.4 Synthèse .............................................................................................................. 47
7.4.4 Modifications apportées par rapport aux données de départ ......................................... 48
8 Scénarios .......................................................................................................................................... 50
8.1 Propositions de scénarios ......................................................................................................... 50
Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor
8.1.1 S0: Scénario de base, que des véhicules thermiques ....................................................... 51
8.1.2 S1.1: Véhicules simples à changer, parcours maximal ..................................................... 51
8.1.3 S1.2: Véhicules moyennement simples à changer, parcours maximal ............................. 51
8.1.4 S2.1: Véhicules simples à changer, parcours moyen ........................................................ 52
8.1.5 S2.2: Véhicules moyennement simples à changer, parcours moyen ............................... 52
8.1.6 S2.3: Véhicules difficiles à changer, parcours moyen ....................................................... 53
8.2 Analyse des variantes, comparaison entre elles ...................................................................... 53
8.2.1 Récapitulatif des changements de véhicules proposés .................................................... 53
8.2.2 Bilan de l'émission de CO2 ................................................................................................ 55
8.2.3 Bilan économique ............................................................................................................. 56
9 Discussion, recommandations et conclusion ................................................................................... 58
9.1 Discussion des hypothèses ....................................................................................................... 58
9.2 Recommandations .................................................................................................................... 60
9.3 Perspectives et conclusion ....................................................................................................... 61
9.3.1 Véhicules à hydrogène ...................................................................................................... 61
9.3.2 Analyse du cycle de vie ..................................................................................................... 62
9.3.3 Futures mesures et suite de l'étude ................................................................................. 63
10 Remerciements ................................................................................................................................ 65
11 Bibliographie .................................................................................................................................... 66
Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor Table des figures Figure 1: Évolution du nombre de voitures de tourisme pour 1000 habitants en Suisse (1) ................. 1 Figure 2: Distance et temps de trajet journalier en Suisse (2) ................................................................ 1 Figure 3: Temps de trajet journalier (avec temps d'attente et de correspondance) en Suisse (2) ......... 1 Figure 4: Choix du moyen de transport en 2015 en Suisse (2)................................................................ 2 Figure 5: Flux énergétique de la Suisse en 2016 (en TJ) (3) .................................................................... 2 Figure 6: Filières énergétiques des véhicules à moteur (rapport Genève (4)). En noir: filière à énergie non renouvelable; en bleu: filière renouvelable issue de l'hydraulique, du solaire ou de l'éolien; en vert: filière renouvelable issue de la biomasse; en rouge: filière à énergie nucléaire .................................... 3 Figure 7: Nombre de nouvelles immatriculations de véhicules électriques en Suisse (1) ...................... 4 Figure 8: Rapport entre le nombre de de nouvelles immatriculations de véhicules électriques sur les nombre d'habitants en Suisse (1) ............................................................................................................ 4 Figure 9: Relief de la commune de Martigny .......................................................................................... 6 Figure 10: Schéma de la méthodologie de travail ................................................................................... 8 Figure 11: Visualisation du site du suivi GPS tracker.com ....................................................................... 9 Figure 12: Véhicule Berlingo électrique que possède la commune de Martigny ................................... 9 Figure 13: Page d'accueil du site permettant le suivi du chargement de la batterie, smart-me (17)... 10 Figure 14: Visualisation de la voiture en train d'être chargée. Il s'agit d'une simple prise au réseau, donc un temps de chargement long (~15h) ................................................................................................... 10 Figure 15: Consommation d'énergie primaire totale selon le type de véhicule (21) ............................ 13 Figure 16: Potentiel de changement climatique (CO2-eq) pour les voitures thermiques et électriques (21) ........................................................................................................................................................ 13 Figure 17: Contribution des étapes de cycle de vie des voitures électriques et thermiques pour le changement climatique (21) ................................................................................................................. 14 Figure 18: Impacts sur le réchauffement climatique (25) ..................................................................... 14 Figure 19: Potentiel d'épuisement des ressources fossiles des véhicule électriques et thermiques (21) ............................................................................................................................................................... 15 Figure 20: Potentiel d'acidification des véhicules électriques et thermiques (21) ............................... 15 Figure 21: Impacts normalisés selon le potentiel d'acidification des véhicules électriques et thermiques (24) ........................................................................................................................................................ 16 Figure 22: Potentiel d'eutrophisation de l'eau des véhicules électriques et thermiques (21) ............. 16 Figure 23: Distance de favorabilité des véhicules électriques (21) ....................................................... 17 Figure 24: Impacts normalisés du potentiel d'eutrophisation de l'eau (24) ......................................... 17 Figure 25: Potentiel de création d'ozone photochimique des véhicules électriques et thermiques (21) ............................................................................................................................................................... 18 Figure 26: Potentiels de pollutions d'un véhicule français selon les différents indicateurs(21)........... 19 Figure 27: Répartition des émissions pour un véhicule électrique français moyen à l'horizon 2020 (21) ............................................................................................................................................................... 19 Figure 28: Impacts sur le réchauffement climatique (25) ..................................................................... 20 Figure 29: Impacts de la batterie à l'eau en Suède (25) ........................................................................ 20 Figure 30: Impacts de la batterie à l'eau en Chine (25)......................................................................... 20 Figure 31: Impacts de la batterie à l'eau en Scandinavie (Danemark, Norvège et Suède) (25) ............ 20 Figure 32: Estimation des parcours journaliers maximaux et annuels des véhicules actuels faite par le service technique de Martigny .............................................................................................................. 25 Figure 33: Estimation des parcours journaliers moyens et annuels des véhicules actuels faite par le service technique de Martigny .............................................................................................................. 25
Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor Figure 34: Autonomie et prix des véhicules électriques selon différentes sources (écomobiliste, e- mobile et site/brochure des constructeurs) (18–20, 37–39) ................................................................ 27 Figure 35: Emission de CO2 selon le type ou la source du carburant: essence, diesel, électricité provenant de différentes sources ......................................................................................................... 30 Figure 36: Schéma de l'infrastructure de suivis GPS de la Berlingo Electric (17, 54–60) ...................... 32 Figure 37: Schéma de la méthode d'analyse du suivi de la Berlingo Electric........................................ 32 Figure 38: Exemple d'un trajet: celui du 28 mai 2017: En orange, les points donnés par le GPS, en violet, ces mêmes points mais rapprochés de la route la plus proche, en bleu le trajet à vol d'oiseau en passant par les points GPS proches des routes, en rose le trajet qui suit les routes et en vert les routes. ....... 34 Figure 39: Exemple du relevé du tableau de bord datant du 2 juin 2017 à 17h15 ............................... 35 Figure 40: Répartition de la distance effectuée par trajet .................................................................... 36 Figure 41: Répartition géographique des trajets, plus le trait est foncé, plus il y a eu de trajets qui sont passés par là. Les parcours de calibration ne figurent pas sur la carte ................................................. 37 Figure 42: Répartition géographique des trajets dans Martigny, plus le trait est foncé, plus il y a eu de trajets qui sont passés par là. Les parcours de calibration ne figurent pas sur la carte ....................... 38 Figure 43: Répartition de la destination des trajets .............................................................................. 38 Figure 44: Date, énergie chargée et temps de chargement de la Berlingo Electric. En rouge, les chargements commencés un vendredi soir .......................................................................................... 39 Figure 45: Zone de pauses et d'emplacement des bornes de chargement (12) ................................... 40 Figure 46: Parcours effectués le 19 juin 2017 ....................................................................................... 42 Figure 47: Parcours du 3, 7 et 10 juillet................................................................................................. 44 Figure 48: Trajets possibles pour la Berlingo Electric, sur l'autoroute sans mettre la climatisation .... 46 Figure 49: Autonomie modifiée et prix des véhicules électriques ........................................................ 49 Figure 50: Bilan des émissions de CO2 par année selon les scénarios .................................................. 55 Figure 51: Bilan cumulé des émissions de CO2 selon les scénarios ....................................................... 55 Figure 52: Répartition des coûts totaux cumulés en 2030 pour chaque scénario ................................ 56 Figure 53: Bilan des émissions des coûts par année selon les scénarios .............................................. 57 Figure 54: Bilan cumulé des coûts selon les scénarios .......................................................................... 57
Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor Table des tableaux Tableau 1: Résumé des impacts de la voiture électrique versus la voiture thermique selon différents potentiels (21) ....................................................................................................................................... 18 Tableau 2: Énergie dépensée par distance selon différents scénarios (33) .......................................... 22 Tableau 3: Véhicules de la commune de Martigny qui vont prochainement être remplacés .............. 25 Tableau 4: Mix électriques utilisés par l'écomobiliste, e-mobile et les brochures et sites des fabricants ............................................................................................................................................................... 30 Tableau 5: Mix électrique de Martigny (53) .......................................................................................... 30 Tableau 6: Répartition de la destination des trajets ............................................................................. 38 Tableau 7: Temps et zones de pauses ................................................................................................... 40 Tableau 8: Temps de chargement de la Berlingo Electric selon différents types de bornes de recharge ............................................................................................................................................................... 41 Tableau 9: Type de parcours effectués le 19 juin 2017......................................................................... 42 Tableau 10: Relevés du tableau de bord du parcours de calibration du 19 juin 2017 .......................... 43 Tableau 11: Relevés du tableau de bord du parcours de calibration du 19 juin 2017 .......................... 43 Tableau 12: Type de parcours effectués lors des seconds parcours de calibration.............................. 44 Tableau 13: Relevés du tableau de bord des parcours de calibration .................................................. 45 Tableau 14: Relevés et résultats des calculs des parcours de calibration............................................. 45 Tableau 15: Autonomie constatée lors de l'utilisation de la Berlingo Electric ...................................... 47 Tableau 16: Autonomie constatée ........................................................................................................ 48 Tableau 17: Facteurs de modifications de l'autonomie selon la source ............................................... 48 Tableau 18: Véhicules passant en électrique pour le scénario 1.1 ....................................................... 51 Tableau 19: Véhicules supplémentaires passant en électrique pour le scénario 1.2 ........................... 51 Tableau 20: Véhicules passant en électrique pour le scénario 2.1 ....................................................... 52 Tableau 21: Véhicules supplémentaires passant en électrique pour le scénario 2.2 ........................... 52 Tableau 22: Véhicules supplémentaires passant en électrique pour le scénario 2.3 ........................... 53 Tableau 23: Nombre de véhicules passant en électrique pour chaque scénario ................................. 53 Tableau 24: Récapitulatif des véhicules passant en électrique selon les scénarios.............................. 54 Tableau 25: Comparaison des émissions de CO2 selon le scénario....................................................... 55 Tableau 26: Détails des coûts totaux cumulés en 2030 pour chaque scénario .................................... 56 Tableau 27: Différence des coûts entre les scénarios et le scénario 0 ................................................. 57 Tableau 28: Dépense énergétique selon le type de parcours de calibration ........................................ 58 Tableau 29: Avantages et inconvénients des véhicules à hydrogène Informations fournies par Véronique Amstutz de l'EPFL (63) ......................................................................................................... 62
Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor
1 Introduction
1.1 Évolution des moyens de transport
Depuis l'industrialisation au début du XXème siècle, les moyens de transports ont fortement évolué et
ont été largement développés. Auparavant, la plupart de gens se déplaçaient à pied ou à cheval et ils
se déplacent aujourd'hui par des moyens très variés comme la voiture, le train ou encore l'avion. Les
moyens de transports modernes ont pris leur essor particulièrement après la fin de la deuxième guerre
mondiale. Le taux de motorisation ne fait ainsi qu'augmenter. Alors qu'en 1970, on comptait en Suisse
un taux de motorisation, c'est-à-dire le nombre de voitures de tourisme pour 1000 habitants de 220,
en 2016, il est de 543. Ce chiffre se situe dans la moyenne des autres pays limitrophes à la Suisse
(France: 483, Allemagne: 550, Italie: 610, en 2016) (1).
Selon la figure 1, il est possible de constater que
les cantons du Tessin, de Schwytz, de Zoug et du
Valais ont pratiquement le même taux de
motorisation et que celui-ci continue
d'augmenter tandis que pour les cantons de
Genève et de Bâle-Ville, au contraire ce taux
diminue. Cela peut s'expliquer par le fait que
Bâle-Ville et Genève sont deux cantons urbains
et que comme les transports publics sont bien
développés dans les villes, les gens y habitant
pourront utiliser les transports publics et ne plus
avoir de voiture alors qu'en campagne, où les
Figure 1: Évolution du nombre de voitures de tourisme pour 1000
réseaux de transport publics sont moins
habitants en Suisse (1)
performants, la voiture reste indispensable
pour se déplacer.
La distance journalière que parcourt chaque personne en Suisse augmente également: Elle a passé de
31.3 km en 1994 à 36.8 km en 2015 (voir graphique figure 2).
40 100 97,5
36,7 36,8 93,3
Distance journalière
Temps de trajet
journalier [min]
35 35,2 95 91,7 90,4
35 90
31,3
85 82,6
30
[km]
80
25 75
1994 2000 2005 2010 2015 1994 2000 2005 2010 2015
Année Année
Figure 3: Temps de trajet journalier (avec temps d'attente
Figure 2: Distance et temps de trajet journalier en Suisse (2) et de correspondance) en Suisse (2)
On peut ainsi supposer qu'il y a une certaine corrélation entre le taux de motorisation et la distance
parcourue car la plupart des personnes en Suisse utilisent la voiture comme moyen de transport
principal (65% en 2015, voir graphique figure 4).
Pauline Muller 1
Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor
Choix du moyen de transport, 2015
5% 2% 1%
4%
Part de la distance journalière 65% 20% 2%
1%
Part du temps de trajet journalier 5% 2%
36% 41% 8%
6%
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
à pied vélo 2RM voiture TP routiers Train Autre
Figure 4: Choix du moyen de transport en 2015 en Suisse (2)
Ainsi, plus d'un habitant suisse sur deux possède une voiture. Ces véhicules fonctionnent pour la
plupart avec un moteur thermique à combustion interne. La motorisation, donc les véhicules
thermiques, est la plus grande utilisatrice des produits pétroliers, comme cela peut se voir en orange
sur la figure 5. Ces produits pétroliers ne sont pas renouvelables et ne sont donc pas éternels, il y a de
moins en moins de pétrole disponible et si l'on veut continuer à être motorisés comme aujourd'hui,
cela passe par se déplacer à l'aide de véhicules utilisant une autre source de propulsion. Il est donc
important de trouver des moyens de réduire la consommation de produits pétroliers et cela passe
donc par l'utilisation d'une autre source d'énergie pour les transports.
Figure 5: Flux énergétique de la Suisse en 2016 (en TJ) (3)
Pauline Muller 2
Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor Figure 6: Filières énergétiques des véhicules à moteur (rapport Genève (4)). En noir: filière à énergie non renouvelable; en bleu: filière renouvelable issue de l'hydraulique, du solaire ou de l'éolien; en vert: filière renouvelable issue de la biomasse; en rouge: filière à énergie nucléaire Les nouvelles technologies de propulsion moins polluantes comme les voitures hybrides et celles électriques commencent à émerger. Elles ne représentent néanmoins qu'une très petite part des véhicules en Suisse (0.2% pour les voitures électriques et 1.3% pour les voitures hybrides en 2016 (5). Les véhicules "habituels" à essence et à diesel (véhicules thermiques) posent divers problèmes environnementaux ainsi que sanitaires à cause des émanations de poussières fines, surtout concernant la pollution de l'air. Les véhicules thermiques rejettent diverses substances polluantes dans l'air: oxydes d'azotes (NOx), dioxyde de carbone (CO2), monoxyde de carbone (CO), particules fines (PM). Les nouvelles technologies de propulsion à moteur électrique permettent, potentiellement, de diminuer la pollution engendrée par les transports. Bien sûr, la pollution engendrée dépend grandement de la manière dont l'électricité a été créée. Celle provenant de centrale à charbon étant bien plus polluante que celle provenant de barrages par exemple. Comme la plupart de la pollution de l'air provient du trafic routier, il s'agit donc d'un point essentiel sur lequel agir afin d'améliorer la qualité de l'air. De plus, les véhicules thermiques sont également bruyants et engendrent de la pollution sonore. Plus un véhicule roule vite, plus il fera du bruit. De nombreuses dispositions doivent également être prises afin de protéger les habitants contre le bruit. Ainsi, en 2000, le bruit dû au trafic a occasionné des coûts de 998 millions CHF, soit 140 francs par personne ou environ 0.25% du PIB (6). Pauline Muller 3
Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor
Contrairement aux véhicules thermiques, un véhicule électrique est silencieux. Une diminution des
véhicules thermiques au profit de véhicules électriques serait ainsi également bénéfique du point de
vue de la protection contre le bruit et permettrait également de réduire les coûts.
1.2 Voitures électriques
La plupart des véhicules roulant en Suisse sont des véhicules thermiques fonctionnant à l'essence ou
au diesel. Cependant, d'autres moyens de propulsion existent également: principalement les voitures
électriques mais également les véhicules fonctionnant grâce au gaz, au biogaz ou encore à l'hydrogène.
Contrairement à ce que l'on pourrait penser, les voitures électriques existent depuis bien longtemps.
En effet, elles existent même depuis plus longtemps que les voitures thermiques mais n'ont pas eu le
même succès.
Les premiers véhicules électriques datent du milieu du 19ème siècle, des années avant le premier
véhicule thermique qui ne fut inventé qu'une cinquantaine d'années plus tard. Par la suite, au début
du 20ème siècle, les voitures thermiques à essence et les voitures électriques se partageaient le marché
de l’automobile à parts égales. Dans les années 1900-1910, la production de voitures électriques était
à son apogée, avec 38% des voitures étant électriques et 40% des voitures à vapeur, le reste étant des
véhicules à gaz. Après 1920, l'arrivée des voitures thermiques a mené au déclin des voitures
électriques. Leur faible autonomie, leur prix ainsi que la disponibilité facile du pétrole en sont les
principaux facteurs. (7). Cependant, aujourd'hui le pétrole est de plus en plus difficile à trouver et la
conscience écologique grandit ce qui remet les voitures électriques plus au goût du jour.
4500 0,12%
nombre d'habitants/nombre de véhicules électriques
4000
Nombre de voitures électrique
0,10%
3500
3000 0,08%
2500
0,06%
2000
1500 0,04%
1000
0,02%
500
0 0,00%
Région Région
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2011 2012 2013 2014 2015 2016
Figure 7: Nombre de nouvelles immatriculations de véhicules électriques Figure 8: Rapport entre le nombre de de nouvelles immatriculations de
en Suisse (1) véhicules électriques sur les nombre d'habitants en Suisse (1)
Cette augmentation a particulièrement eu lieu dans le canton de Zurich, où, comme on peut le voir sur
les figures 7 et 8, la proportion de nouvelles immatriculations de voitures électrique a grandement
Pauline Muller 4Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor
augmenté ces deux dernières années (2015 et 2016). La tendance est également à la hausse dans le
reste de la Suisse.
Du côté politique, différentes actions d'aides financières existent afin d'inciter la population à utiliser
un véhicule moins polluant: réduction de l'impôt cantonal sur les véhicules à moteur, subventions pour
les véhicules au gaz naturel/au biogaz, subventions pour les vélos électriques et les scooters
électriques mis en place par certaines communes, rabais sur les primes d’assurance et les taux d’intérêt
de leasing, réseau de stations-service (gaz, électricité) mis en place dans tout le territoire, … (5).
Les véhicules peuvent être 100% électriques mais également hybrides, c’est-à-dire combiner un
moteur électrique avec un moteur à combustion interne. Les véhicules hybrides sont classés en 2
sortes: les hybrides en série et ceux en parallèle. Dans un véhicule en série, le moteur thermique tourne
d'abord et enclenche ensuite le moteur électrique; tandis que dans un véhicule fonctionnant en
parallèle, les deux moteurs sont activés en même temps, les deux moteurs étant couplés. (8). Ces deux
types peuvent également être combinés pour former deux autres classes: en série-parallèle et
complexe (9).
Il existe différents types de batteries. La plus courante et utilisée aujourd'hui est la batterie au lithium-
ion, mais il en existe une quantité d'autres (Plomb, Nickel Cadmium, Nickel Metal Hydrure, Nickel Zinc,
Zebra (Chlorure de sodium), Lithium Phosphate, Lithium polymère, Lithium Métal Polymère (LMP),
Lithium-air (10). Selon le site voiture-electrique.durable.com (11): Les batteries au plomb délivrent un
courant de forte puissance et sont peu coûteuses mais n'ont qu'une faible autonomie et une durée de
vie limitée, d'environ 600 cycles. Les batteries au nickel-cadmium étaient celles utilisées par les
premières voitures électriques récentes. Elles sont plus performantes que celles au plomb et restent
encore bon marché. Cependant, le cadmium est très polluant et difficile à recycler. Les batteries au
nickel métal-hydrure contiennent moins d'éléments nocifs mais ont une faible durée de vie et se
déchargent rapidement même quand elles ne sont pas utilisées. Les performances des batteries Nickel-
Zinc sont comparables à la technologie Nickel-Cadmium, elles sont moins polluantes, mais plus chères.
Enfin, les batteries au lithium se classent en deux catégories:
- les batteries lithium-ion “classiques” : elles sont très performantes (150 à 200 Wh/kg), mais
chères. Elles ont une durée de vie assez élevée (autour de 1000 cycles) et n'ont aucun effet
mémoire.
- les batteries lithium-ion fer phosphate sont moins performantes (100 Wh/kg) mais moins
couteuses. Leur durée de vie peut atteindre les 2000 cycles. (11)
Il faut également savoir que le temps de chargement d'une batterie ne dépend pas uniquement du
type de batterie dont il s'agit mais également de la puissance de la borne sur laquelle la batterie est
mise à charger. La puissance de ces bornes peut varier entre 3kW pour les moins rapides et plus de
100kW pour les plus récentes et plus rapides(12). Pour une voiture équipée d'une batterie au lithium
d'une capacité de 20 kWh, son temps de chargement pourra ainsi varier de 6h30 pour une borne à
charge lente, à 15min pour une borne à charge rapide.
Pauline Muller 5Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor
1.3 Martigny
En Suisse, la mobilité est responsable de 36% de la consommation d'énergie finale de 2015 et de 40%
des émissions de CO2 de 2014, dont les deux tiers proviennent des voitures de tourisme. Pour la
commune de Martigny plus spécifiquement, ces chiffres sont respectivement de 38% et 40% (13).
Figure 9: Relief de la commune de Martigny
La commune de Martigny se situe dans le canton du Valais, au sud du Rhône. Elle a 18'525 habitants
(au 31.1.2016) répartis sur une surface de 2.5 km2 (14). La ville se situe à une altitude de 475m et la
plupart du territoire de la commune est à plat, comme cela peut se constater sur la figure 9. Elle
possède le label "Cité de l'énergie" depuis 2004 et celui "European Energy Award GOLD" depuis 2010
(15). Le label Cité de l'énergie "apporte la preuve pour les communes qu’elles mènent activement une
politique énergétique durable. Les Cités de l’énergie encouragent le recours aux énergies renouvelables,
une mobilité supportable pour l’environnement et mettent en œuvre une gestion durable des
ressources" (16). Afin de diminuer la consommation d’énergie et les rejets de pollution atmosphérique
dues à ces véhicules, la commune de Martigny a décidé d’étudier la possibilité de remplacer sa flotte
de véhicules par des véhicules électriques, voir à hydrogène.
Pauline Muller 6Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor
1.4 Objectifs du travail
Cette étude poursuit plusieurs buts, principalement environnementaux. Ils sont les suivants:
- Déterminer dans quelle mesure les véhicules standards de la commune de Martigny peuvent
être remplacés par des véhicules alternatifs électriques/H2 d’un point de vue technique et
pratique.
- Déterminer les impacts énergétiques, environnementaux et financiers.
Ces objectifs directs sont également menés dans le but, à terme, de:
- Diminuer les consommations d’énergie.
- Diminuer les émissions de CO2.
- Augmenter l’autonomie énergétique de la ville.
1.5 Périmètre de l'étude
Seuls les véhicules appartenant à la commune de Martigny de type voiture, bus et camionnette seront
analysés afin de les remplacer par des véhicules électriques ou à hydrogène. Les autres machines type
tracteurs, balayeuses, petits trains, tondeuses et autres, les véhicules déjà en électrique ainsi que les
véhicules des habitants de la commune ne seront pas pris en compte.
Ainsi, ce seront 42 véhicules dont la possibilité de changement en véhicule électrique voir à hydrogène
sera étudiée.
Pauline Muller 7Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor
2 Méthodologie de travail
Ce travail va donc permettre tout d’abord de se renseigner sur les études qui ont déjà été réalisées sur
les véhicules électriques afin de savoir également si cela en vaut réellement la peine au niveau des
impacts environnementaux en présentant les analyses de cycle de vie qui ont déjà été réalisées sur ce
type de véhicules. La caractérisation des véhicules actuels de Martigny, des véhicules électriques
existants ainsi que de l'utilisation qui en sera ensuite faite. Cela permettra d'établir la faisabilité
technique ainsi que différents scénarios de remplacement des véhicules qui seront comparés, ce qui
amènera à une discussion et à des recommandations.
Base de
données
Caractérisation de la flotte (Ecomobiliste, Caractéristiques des
actuelle e'mobile, etc.) véhicules électriques
BD Services
techniques Caractérisation de Mesures GPS
l’utilisation Berlingo
électrique
Questionnaire
utilisateur
Faisabilité technique
Scénarios
Indicateurs CO2 et économiques
Discussion, recommandations
Figure 10: Schéma de la méthodologie de travail
La commune de Martigny possède déjà depuis décembre 2016 un véhicule électrique Citröen Berlingo
pour son service de conciergerie. Ce véhicule a été muni d'un traqueur GPS qui permet de suivre les
trajets effectués par cette voiture depuis le 24 avril 2017. Ces données ont donc été récoltées
parallèlement tout au long du travail.
Pauline Muller 8Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor
Figure 11: Visualisation du site du suivi GPS tracker.com
Figure 12: Véhicule Berlingo électrique que possède la commune de Martigny
Des relevés du compteur de la voiture sont également faits afin de pouvoir les comparer avec celles
données par le GPS.
De plus, la commune de Martigny possède une simple prise branchée sur le réseau, d'une puissance
de 1.5 KW, où a également été posé un système permettant de mesurer la quantité d'électricité qu'elle
consomme. Ces deux suivis en direct permettront de comparer l'autonomie pratique à celle théorique
donné par le fabricant.
Pauline Muller 9Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor
Figure 13: Page d'accueil du site permettant le suivi du chargement de la batterie, smart-me (17)
Figure 14: Visualisation de la voiture en train d'être chargée. Il s'agit d'une
simple prise au réseau, donc un temps de chargement long (~15h)
Il s’agit ensuite de se concentrer plus précisément sur le cas de la commune de Martigny en présentant
la situation actuelle de la mobilité et émettre des hypothèses quant aux facteurs qui pourront
influencer les impacts environnementaux.
La caractérisation des véhicules se trouvera aux chapitres 7.1 et 7.2.2. Elle comprend la caractérisation
de la flotte actuelle ainsi que celle des futurs véhicules électriques existants proposés. Elle se base à la
fois sur les informations fournies par le service technique de Martigny, sur les recherches effectuées
Pauline Muller 10Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor sur internet et donc sur l'écomobiliste 2017 (18, 19), sur l'e-mobile (20) et sur les sites internet des fabricants de voiture. Les parcours effectués par la Berlingo électrique présente à Martigny permettront d'ajuster la caractérisation et l'utilisation des véhicules actuels de Martigny (fournie par les estimations du service technique de Martigny) ainsi que celle des véhicules électriques (principalement l'autonomie et le rejet de CO2 selon le mix électrique de Martigny). Un questionnaire de satisfaction donné aux utilisateurs de la voiture électrique Berlingo permet également de caractériser l'utilisation de cette dernière. Par la suite, un bilan énergétique, basé à la fois sur les recherches et sur les données récoltées en temps réel, sera réalisé selon le type de véhicule ainsi que les impacts environnementaux et économiques qu'il engendre. Enfin, différents scénarios de remplacements de la mobilité de Martigny sont élaborés et comparés entre eux au chapitre 8, sur la base de la flotte actuelle et des alternatives, afin de pouvoir avancer des recommandations à la commune, selon ses besoins et les paramètres considérés les plus importants. Pauline Muller 11
Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor
3 Analyse du cycle de vie des voitures électriques
Les études sur la pollution engendrée par les véhicules électrique se concentrent souvent sur une seule
partie de la vie d'une voiture électrique: sa phase d'utilisation. Pourtant, un véhicule doit d'abord être
construit, puis transporté, être utilisé et enfin devra à nouveau être transporté pour arriver à sa
dernière phase, la fin de vie. Chaque phase peut potentiellement polluer l'environnement, pas
seulement lors de l'utilisation. C'est pourquoi, il est également important de faire une analyse du cycle
de vie (ACV) des voitures électriques pour pouvoir par la suite, savoir réellement si une voiture
électrique est moins polluante qu'une voiture thermique, pourquoi et quelles sont les conditions pour
que cela soit exact.
Différentes études d'analyses du cycle de vie des voitures électriques ont été faites: la première pour
comparer les voitures électriques et thermiques. Elle a été réalisée par Gingko21 et PE International
pour le compte de l'agence de l'Environnement et de la Maitrise de l'Energie (21). Gingko21 est une
entreprise française de la région parisienne qui "a pour mission de développer et partager des pratiques
efficaces pour réduire l'impact environnemental des produits et services, et accompagner l'émergence
de nouveaux modes de production et consommation, plus responsables" (22). PE International est une
société de software et de conseils. Elle fournit des données permettant de réaliser, entre autre, des
analyses de cycle de vie (23).
Une même comparaison des ACV des voitures électriques et thermiques a également été réalisée (par
Hawkins et al. (24)) tandis qu'une autre (par Zackrisson et al.) se concentre plus sur les batteries au
lithium-ion utilisées par les voitures électriques (25). L'institut de l'énergie de Haas en Californie (26),
a également mené une analyse du cycle de vie des véhicules électriques mais centrée sur les gaz à effet
de serre.
L'ACV de l'ADEME (21) a évalué les impacts de ces véhicules selon en 2012 et en 2020. Cela permet de
prendre en compte les futures évolutions technologiques. L'étude étant réalisée par des organisations
françaises, l'analyse de cycle de vie se fait donc sur une utilisation en France. De plus, cette analyse a
également été faite en utilisant l'électricité d'Allemagne ainsi que celle de l'union européenne, afin
d'avoir des points de comparaison. Une autre analyse, menée par Girardi et al. (27), étudie le cas de
l'électricité provenant du mix italien.
Selon l'étude, différentes durées de vie de la batterie et de la voiture peuvent être considérée: 150'000
km en 10ans pour (24) et (21), 3000 cycles soit 200'000 km pour l'étude de Zakrissonn et al. (25) ou
encore 257'000 km pour l'étude d'Archsmith et al. (26).
Les résultats des impacts environnementaux et énergétiques ont été établis selon différents
indicateurs, chaque étude utilisant des indicateurs différents, seuls ceux étant utilisés dans plusieurs
études sont listés ci-dessous:
- Le potentiel de changement climatique, indiqué par la quantité de CO2 rejetée [CO2-eq]
- Le potentiel d’acidification,
- Le potentiel d’eutrophisation de l’eau,
- Le potentiel de création d’ozone photochimique par oxydation photochimique,
- Le potentiel de rejet dans l'air de gaz à effet de serre,
- Le potentiel de toxicité humaine,
- Le potentiel de rejet de SO2.
Pauline Muller 12Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor
Les résultats sont les suivants:
- Selon l'indicateur de la consommation d’énergie primaire totale.
Selon l'ADEME (21), la consommation totale d'énergie primaire d'un véhicule thermique à
essence est supérieure à celle d'un véhicule électrique mais par contre, la consommation
d'énergie primaire d'un véhicule électrique, qu'il soit français ou allemand, est supérieure à
celle d'un véhicule diesel, comme cela peut se voir sur le graphique suivant:
Figure 15: Consommation d'énergie primaire totale selon le type de véhicule (21)
Selon l'ADEME (21), un véhicule électrique français consommera à peu près la même quantité
d'énergie primaire qu'un véhicule thermique à partir de 100 000 km.
- Selon l'indicateur "potentiel de changement climatique".
Selon l'ADEME (21), un véhicule électrique est avantageux comparé à un véhicule thermique
selon cet indicateur comme cela peut se voir sur le graphique suivant:
Figure 16: Potentiel de changement climatique (CO2-eq) pour les voitures thermiques et électriques (21)
Selon l'ADEME (21), un véhicule électrique français produit environ 9 tonnes de CO2-eq, tandis
qu'un véhicule thermique (que ce soit par diesel ou par essence) en produit 22 tonnes. La plus
grande partie des émissions de CO2-eq des voitures thermiques est due aux émissions lors de
la phase d'utilisation. Comme l'électricité française provient principalement du nucléaire qui
Pauline Muller 13Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor
ne produit pas de CO2, cela explique pourquoi le véhicule électrique d'utilisation française
n'engendre pas beaucoup de CO2.
Figure 17: Contribution des étapes de cycle de vie des voitures électriques et thermiques pour le changement climatique (21)
Selon l'ADEME (21), un véhicule électrique français est équivalent à un véhicule thermique à
plus de 80'000 km.
Un véhicule électrique allemand, quant à lui, est équivalent à un véhicule thermique entre
40'000 km et 100'000 km, plutôt favorable au véhicule électrique à plus de 100'000 km (21).
Zackrisson et al. ont également menés une étude mais centrée sur les batteries utilisées par
les voitures électriques (25). Dans leur analyse, la batterie est considérée comme étant
recyclée ce qui explique pourquoi il n'y a pas d'impact pour la fin de vie. Néanmoins, Zackrisson
et al. donne comme résultat que la phase de production et celle d'utilisation ont à peu près les
mêmes impacts, ce qui n'était pas le cas dans l'étude de l'ADEM (21). Cela peut s'expliquer par
le fait que l'étude de Zackrisson et al. ne mesure que les impacts de la batterie alors que l'étude
de l'ADEME mesures les impacts de la voiture en entier.
Figure 18: Impacts sur le réchauffement climatique (25)
- Selon l'indicateur "potentiel d'épuisement des ressources fossiles".
Selon l'ADEME (21), le véhicule électrique consommera moins d'énergie fossile qu'un véhicule
thermique. Il faut cependant se souvenir que la principale source d'électricité de France
provient du nucléaire, qui n'utilise donc pas une énergie fossile à base d'hydrocarbure, tandis
que l'électricité allemande provient du pétrole, du charbon et de l'hydraulique pour la plus
grande part. Ce qui explique pourquoi un véhicule électrique roulant en Allemagne est moins
bon qu'un véhicule français pour cet indicateur.
Pauline Muller 14Les véhicules électriques pour la commune de Martigny Travail de Bachelor
Figure 19: Potentiel d'épuisement des ressources fossiles des véhicule électriques et thermiques (21)
Selon l'ADEME (21), un véhicule électrique français est équivalent à un véhicule thermique
entre 20'000 km et 25'000 km, plutôt favorable au véhicule électrique entre 25'000 km et
60'000 km, et favorable au véhicule électrique à plus de 60'000 km.
Un véhicule électrique allemand, quant à lui, est équivalent à un véhicule thermique entre
40'000 km et 100'000 km, plutôt favorable au véhicule électrique à plus de 100'000 km.
- Selon l'indicateur "potentiel d'acidification".
Les substances prises en compte pour le phénomène d'acidification sont les suivantes: SO2,
NOx, NH3, HCl, HF.
Selon l'ADEME (21), un véhicule électrique, qu'il soit français ou allemand, contribuera plus à
l'acidification qu'un véhicule thermique, comme cela peut se voir sur le graphique suivant:
Figure 20: Potentiel d'acidification des véhicules électriques et thermiques (21)
Selon l'ADEME (21), un véhicule électrique français ne sera jamais meilleur qu'un véhicule
thermique même à plus de 200'00 km, ce qui est la limite de l'étude.
L'étude italienne, sur un véhicule utilisant le mix électrique italien, arrive aux mêmes
tendances de résultat: quel que soit le scénario utilisé, c’est-à-dire en 2013 ou en 2030, un
véhicule électrique aura un plus grand potentiel d'acidification qu'un véhicule thermique, cela
étant surtout dû à la manufacture de la batterie (27).
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