Samedi 3 janvier 6 03 /01 /Jan 16:48

On entends souvent que les voitures électriques sont en fait polluantes.
En effet, même si elles n'émettent pas de pollution directement, elles en émettent indirectement
car il faut produire l'électricité. Mais sont-elles plus polluantes que les voitures thermiques?
Pour répondre à cette question, je vous propose de faire une estimation du rendement des deux filières
en partant de l'énergie primaire pour arriver à l'énergie mécanique. Puis, je ferais une estimation des émissions de C02
des deux filières (dans l'article à suivre) .


Filière électrique :

Nous prendrons comme base de nos calculs la B0 de Bolloré/Pininfarina (1).
Cette voiture utilise un bloc batterie litium métal polymère, un super-condensateur, une électronique de puissance,
un moteur électrique haut rendement et une transmission mais pas de boîte de vitesse.













L'énergie électrique emprunte donc le chemin suivant :

énergie primaire -> électricité -> distribution -> batterie -> supercondensateur -> électronique -> moteur -> transmission -> roues

Au cours de chaque opération, de l'énergie est perdue.
L'étape la plus subtile est la première, c'est la production de l'électricité.
Comme il existe plusieurs techniques de production d'électricité nous prendrons comme référence la structure
de la procution mondiale (2) à savoir :



A chaque source correspond un rendement de production. Pour les énergies renouvelables, ce rendement est considéré de 100% car l'électricité produite
a le statut d'énergie primaire. On a les rendements suivants :

Charbon : 37% (3)
Gaz : 30% (4)
Pétrole : Comme pour le charbon soit 37% (5)
Nucléaire : 33% (5)
Énergie hydraulique : 100%
Énergies renouvelables hors hydraulique : 100%

Nous en déduisons le rendement moyen de la production électrique dans le monde :

0,37*0,39 + 0,3*0,2 + 0,37*0,07 + 0,33*0,16 + 0,16 + 0,02 = 46,3%

Viennent les étapes suivantes :

Distribution : 97% (6)
Charge batterie : 85% (8)
Décharge batterie : 99,9% (7)
Charge supercondensateur : 95% (9)
Décharge supercondensateur : 95% (9)
Passage dans l'électronique : 99%
Moteur : 95% (10)
Transmission : 85% (Pas de boîte de vitesse)

Dans le cas de l'utilisation de moteurs-roues, le rendement global énergie primaire -> énergie finale est donc :

0,463*0,97*0,85*0,999*0,95*0,95*0,99*0,95 = 0,463*0,97 * 0,7207(rendement traction électrique) = 32,4%

Avec un moteur central, on a une transmission ce qui donne : 0,324 * 0,85 = 27,5%




Filière thermique :

L'énergie suit le chemin suivant :

Pétrole géologique -> pétrole brut -> carburant(raffinage + transport) -> moteur -> boîte de vitesse et transmission -> roues

La fabrication du carburant inclue l'extraction du pétrole son raffinage et sa distribution.
Pour extraire le pétrole, il faut de l'énergie que l'on exprime par rapport à l'énergie extraite sous forme de pétrole.
Ce coût varie énormément d'un gisement à l'autre de 2-3% pour les brut légers d'Arabie à 10 voir 25% pour les bitumes d'Amérique (11).
Nous considérerons un rendement moyen de 95% pour la production mondiale.
Pour le transport (13), 62% de celui-ci se fait par bateau. L'essentiel du coût de transport est lié à la consommation de fioul des bateaux.
Sachant que le coût du transport représente environ 5 à 10% d'un baril (13),
 on peut considérer qu' environ 5% du pétrole extrait est utilisé pour son transport, ce qui nous conduit à un rendement du transport d'environ 95%.
Si l'on ajoute l'étape finale de distribution (des raffineries vers les stations essence) le rendement des étapes de transport diminue encore.
Considérons que le rendement des deux étapes est de 90%.
L'étape de raffinage a un rendement moyen de 94% (12).
Les moteurs thermiques ont des rendements assez faibles, utilisés dans des conditions optimales, le rendement peut dépasser 40% pour
les meilleurs diesels. Dans des conditions réelles de trafic en ville les rendements sont de 10 à 15% (14), sur route ils sont de 30 à 40% (14).
Comme la large majorité des trajets sont en milieu urbain, le rendement moyen se rapproche plus de 10 à 15%. Nous prendrons 20% comme moyenne.
La transmission (cardan + différentiel + suspension) a un rendement de l'ordre de 85%. A cela doit s'ajouter l'embrayage et la boîte de vitesse ce qui réduit le rendement à environ 80%.
Nous avons donc pour l'ensemble de la filière :

0,95*0,9*0,94*0,2*0,8 = 12,85%

Dans ce calcul, nous ne sommes pas parti de l'énergie primaire (baril de brut) mais de "plus loin", c'est à dire du pétrole géologique. Pour comparer ce chiffre avec la filière électrique, il faut enlever les étapes d'extraction et de transport à la raffinerie ce qui donne :

0,95*0,94*0,2*0,8 = 14,3%

Nous voyons donc que la filière électrique est 2 à près de 3 fois moins gourmande en énergie que la filière thermique.
Dans un article qui fait suite à celui-ci, je transpose ce calcul à celui des émissions de C02 liées aux 2 filières.
Si vous avez des remarques à faire ou des erreurs à signaler, vous pouvez le faire dans les commentaires.



Références :

(1)B0

(2)Production électrique mondiale

(3)Rendement centrales thermiques charbon

(4)Rendement centrale à gaz

(5)Rendement des centrales Nucléaire et pétrole(fioul)

(6)Pertes réseaux électrique

(7)Rendement charge décharge des accus lithium

(8)Rendement chargeur

(9)Rendement charge/décharge des supercondensateurs

(10)Rendement moteurs électriques

(11)Rendement production pétrolière


(12)Rendement raffinage du pétrole brut

(13)Coût énergétique du transport des produits pétroliers

(14)Rendement des moteurs thermiques


Par _Ulysse_ - Publié dans : Calculs de coin de table
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