SERIE BAROMETRE DU MARCHE DE L’ENERGIE 2017-2018 : EPISODE 5/6 PARTIE 2/2 : L’INDUSTRIE AUTOMOBILE AU TOURNANT DU 100% ELECTRIQUE

Nous publions ici les informations de la CRE sur le véhicule électrique disponible sur le site http://www.cre.fr

 

En quelques années, les grands groupes automobiles se sont lancés dans le développement de moteurs électrique et hybride, comme le prouve la multiplication de modèles exposés lors du dernier mondial de l’automobile.

Une classification de ces nouvelles catégories de véhicules peut être établie :

  • tout électrique : du petit modèle à l’utilitaire, en passant par les berlines ;
  • hybrides : les moteurs électriques assistent les moteurs à essence ou diesel et peuvent réduire la consommation du véhicule en fonction du système « micro hybrides » (fonctionnement Stop&Start), « mild hybrides » ou « full hybrides » ;
  • hybrides rechargeables : elles associent deux modes de génération d’énergie : un moteur thermique et une batterie.

Les volumes de vente des véhicules électriques et hybrides rechargeables en sont à leur début et représentent actuellement un faible pourcentage du marché total de l’automobile. La Commission européenne avait vu juste en prévoyant 1 à 2 % des ventes en Europe en 2020 : en France, le seuil de 1 % des ventes a été atteint au mois de septembre 2014. 

Le développement de ces véhicules a un fort impact sur le marché de l’automobile et encourage le développement de la recherche sur l’efficacité énergétique de toutes les catégories de véhicules thermiques et hybrides. Ces nouvelles réflexions autour du véhicule électrique permettent de progresser vers une conception optimale des véhicules et influencent l’industrie automobile dans sa globalité. Des travaux de recherche sur l’allègement des véhicules, sur la manière de récupérer l’énergie au freinage ou sur la limitation de consommation des périphériques, tels que la climatisation, sont en effet menés pour que les nouvelles batteries gagnent en autonomie. Le silence de fonctionnement des moteurs est une nouveauté et requiert de diminuer les bruits générés par les pneumatiques pour, par exemple, apporter plus de confort au conducteur.

Les constructeurs automobiles pourront également ajouter de nouveaux services liés à la batterie et à la maîtrise de la charge. Les équipementiers, tels que Valeo et Michelin, développent de larges gammes de technologies innovantes et adaptées aux besoins des constructeurs, destinées à accroître l’autonomie de ces véhicules, contribuant ainsi à la réduction des émissions CO2.

Le prix est un élément clé. Les constructeurs grands publics proposent leurs véhicules électriques généralement au même prix qu’un modèle diesel équivalent (bonus écologique déduit et batterie en location à un prix équivalent aux dépenses de carburant d’une voiture thermique).

La batterie, un enjeu décisif pour le développement des véhicules électriques

La batterie représente un enjeu crucial pour l’industrie automobile. Igor Czerny, directeur de la mobilité électrique d’EDF, rappelle que « la voiture électrique, c’est une batterie, encore une batterie, et surtout une batterie ». En raison de l’abondance du lithium, les batteries lithium-ion équipent la plupart des véhicules électriques.

Depuis les véhicules électriques des années 1990 à 2000, les caractéristiques des batteries ont fortement progressé. Pour un même poids et un volume similaire, la quantité d’énergie disponible a été multipliée par deux. L’autonomie des véhicules électriques atteint actuellement les 150 kilomètres pour une charge (trois fois moins qu’un moteur thermique). Cela est suffisant pour les trajets quotidiens des Français (aux alentours des 40 kilomètres par jour en moyenne), mais pas assez pour faire de longs trajets.

La durée de vie, facteur essentiel, a elle aussi fortement progressé, les batteries permettant de parcourir jusqu’à 200 000 kilomètres et supportent plus de 1000 cycles de charge avant d’être remplacées. Cependant, avec un prix de 12 000 euros, la batterie coûte près du véhicule, ce qui a pour conséquence d’afficher des tarifs exorbitants. Ce prix devrait décroître proportionnellement aux volumes produits par des usines spécialisées.

Les enjeux autour de la batterie :


Source : Renault, présentation du forum du 12 octobre 2010 à la CRE

Le développement des véhicules électriques et hybride coïncide avec la généralisation de systèmes informatiques embarqués de plus en plus perfectionnés. Ceux-ci permettent un transfert d’information entre chaque composant et se retrouvent logiquement dans les nouvelles gammes électriques des constructeurs.

De plus, les technologies d’information et de la communication sont de plus en plus utilisées pour proposer des services innovants autour du véhicule. Le développement de la navigation par satellite, l’augmentation des débits des accès Internet 3G ou 4G et des fréquences associées, ainsi que l’utilisation massive des Smartphones ont transformé l’automobile en un objet véritablement communicant. Appliquées aux véhicules électriques et hybrides, de nouvelles fonctionnalités ont pu voir le jour, comme la localisation des points de charge, l’indication du trafic en temps réel ou l’aide à l’ « éco-conduite » pour réduire la consommation d’énergie. Par exemple, EDF, associé à Toyota pour un test en conditions réelles de Prius hybrides rechargeables à Strasbourg, a développé une application permettant aux conducteurs de rechercher les bornes de charge, de localiser celles qui sont à proximité et indique leur disponibilité. Les expérimentations sont donc devenues une étape indispensable pour tester la mobilité électrique et éclairer les acteurs sur les orientations réglementaires, normatives et économiques à venir. A titre d’exemple, le projet Véhicule énergétique et Énergies Renouvelables dans un Réseau de Distribution Intelligent (VERDI) tente de réconcilier le véhicule électrique et l’efficacité énergétique.

VERDI : Réconcilier le véhicule électrique et l’efficacité énergétique (Poitou-Charentes)

VERDI a pour objectif de mettre au point une méthode d’optimisation du réseau de distribution favorisant l’essor du véhicule électrique. Celle-ci est une alternative au renforcement du réseau de distribution d’électricité, qui résulte de l’augmentation de la consommation d’électricité et du raccordement des installations de production d’énergies renouvelables.

L’infrastructure intelligente et communicante de charge des véhicules électriques du projet VERDI permet de réduire l’impact environnemental et économique lié à l’augmentation de la consommation électrique. Elle consiste à éviter la charge des véhicules électriques pendant les heures de pointe, pour à la fois privilégier la charge pendant les périodes d’injection d’énergies renouvelables sur le réseau et ainsi minimiser les coûts d’acheminement et de renforcement des réseaux de distribution.

Le projet VERDI propose, aux gestionnaires des réseaux de transport et de distribution d’électricité, aux exploitants des infrastructures de charge ainsi qu’aux clients utilisateurs de véhicules électriques, un volet de services destinés à encourager la mobilité électrique s’adressant tels que la commercialisation des capacités d’effacement pendant les périodes de pointe.

Dès octobre 2011, le travail des chercheurs a débuté avec notamment une évaluation technico-économique de l’insertion du véhicule électrique sur le réseau électrique et l’étude des solutions de transmission sans fil pour des communications qui ne se feraient pas via l’infrastructure de recharge. L’expérimentation en conditions réelles de ce mécanisme, qui repose sur une communication entre les points de charge des véhicules électriques, le réseau et les utilisateurs des véhicules électriques, est prévue dans un second temps.

Coordonné par Seolis (fournisseur d’énergie et gestionnaire de réseau dans les Deux-Sèvres), l’expérimentation VERDI réunit le gestionnaire de réseaux de distribution d’électricité Gérédis Deux Sèvres, le laboratoire d’électrotechnique et d’électronique de puissance L2EP à Lille, le constructeur de bornes de recharge pour véhicule électrique SaintrOnic et le laboratoire des sciences et technologies de l’information et de la communication XLIM-SIC de l’Université de Poitiers. Il est labellisé par les pôles de compétitivité S2E2 et ELOPSYS.

Autre exemple, le projet Seine Aval Véhicules Electriques (SAVE) a pour but d’aider à valider les choix techniques (infrastructures, véhicules électriques, systèmes d’information), de confirmer le bilan CO2 du véhicule électrique et d’expérimenter des business models pour des clients particuliers et professionnels. Elle a duré de mars 2011 à décembre 2012.

Le projet Seine Aval Véhicules Electriques (SAVE)

SAVE a été présenté dans le cadre de l’Appel à manifestation d’intérêt (AMI) sur les véhicules décarbonés de l’ADEME. Le budget de ce projet atteint 23 millions d’euros, dont 6,5 millions sont issus du Fonds démonstrateur de l’ADEME.

65 véhicules électriques Renault et Nissan (Renault Fluence Z.E., Renault Kangoo Express Z.E. et Nissan Leaf) ont été mis à disposition et 130 bornes de recharge ont été installées (16 points de charge Renault à Mantes et Saint-Quentin-en-Yvelines, 48 points de charge publics et 66 points de charge privés). 22 grandes entreprises, dont EDF, Total, Vinci Park, et La Poste, 3 PME, 4 enseignes de grande distribution (Total, Leclerc, Intermarché), une université, 6 collectivités locales et 4 particuliers artisans ont participé au projet. Ils ont disposé d’une infrastructure de charge, aussi bien à domicile, qu’en entreprise et dans les parkings, ou sur la voie publique.

L’Alliance Renault-Nissan a fourni les véhicules électriques, a piloté l’expérimentation et a étudié les usages clients et les services associés, notamment ceux liés à la communication embarquée et débarquée. EDF a participé au déploiement de l’infrastructure de charge, à l’analyse des comportements des utilisateurs vis-à-vis de la charge, ainsi qu’à l’expérimentation des modèles économiques. Schneider Electric a contribué à la réalisation des infrastructures de charge et aux dispositifs de gestion de l’énergie associés. Enfin, Better Place qui faisait initialement partie de ce programme s’en est retiré pour des raisons de rentabilité, étant donné l’étendue limitée du territoire de test.

SAVE a été l’opportunité pour de nombreux acteurs de défricher la problématique de l’installation d’un écosystème complet pour la mobilité 100 % électrique. Toutes les données techniques et économiques nécessaires au déploiement des différents types de bornes de charge ont été collectées et analysées. Les enseignements recueillis portent sur :

  • les coûts et problématiques d’installation des bornes de recharge,
  • l’interopérabilité entre les réseaux, les bornes et les véhicules,
  • les besoins en dispositifs de gestion d’énergie, en outils et services de supervision et d’exploitation de réseaux de bornes de recharges.


Enseignements liés aux usages dans l’expérimentation SAVE (Source OIN Seine Aval)

Mantes-La-Jolie, Les Mureaux, Conflans-Sainte-Honorine et Poissy sont les quatre communes des Yvelines à avoir donné leur autorisation pour l’installation de bornes de recharge en voierie. A l’issue du projet, les points de charge accessibles au public ont été maintenus intégrant les dernières évolutions techniques. Elles se trouvent en voirie, sur les parkings de centres commerciaux, les parkings publics et en stations-service. Où qu’il soit sur le territoire de « Seine Aval », tout utilisateur est aujourd’hui déjà à moins de 15 kilomètres d’une borne de recharge électrique accessible au public.

Pour poursuivre cette dynamique, 21 collectivités (Achères, Aubergenville, Bonnières-sur-Seine, Buchelay, Carrières-sous-Poissy, Conflans-Sainte-Honorine, Epône, Flins-sur-Seine, Freneuse, Hardricourt, Juziers, Les Mureaux, Magnanville, Maule, Poissy, Triel-sur-Seine, Rosny-sur-Seine, Vaux-sur-Seine) ont lancé cet appel d’offres pour compléter leur équipement d’une cinquantaine de bornes de recharge de véhicules électriques et hybrides rechargeables supplémentaires ((une borne équivaut à 3 points de recharge).
Le marché a été notifié en début d’année 2014 pour un déploiement en 2014 et 2015.

Enfin, une dernière innovation a récemment fait son entrée sur le marché du véhicule électrique et semble déjà pressentie pour bouleverser les secteurs des réseaux et transport. 

La technologie V2G ou le véhicule électrique comme levier pour optimiser les réseaux

De nombreuses études soulignent que le véhicule électrique peut être une alternative au véhicule thermique, en tant que moyen de transport plus respectueux de l’environnement. En revanche, peu d’études portent sur les économies à l’usage (2 € pour 100 km selon l’AVERE) que le véhicule électrique permet de réaliser ainsi que les services qu’il pourrait offrir au système électrique.

Cependant, aux États-Unis, le département de la Défense réfléchit actuellement à ces sujets et envisage, si les résultats sont concluants, de remplacer 200 000 de ses véhicules thermiques par des véhicules électriques.

Dans ce cadre, la question posée est de savoir si le véhicule électrique est un simple engagement environnemental ou s’il a également un véritable intérêt économique.

Le Vehicule-to-grid, c’est quoi ?

Les technologies qui permettent le branchement et la recharge du véhicule à partir d’une borne sont dites Grid-to-vehicule (GtoV ou G2V) : l’électricité passe du réseau au véhicule (modèle unidirectionnel) et ce dernier est alors considéré comme un consommateur d’électricité.

Mais la batterie embarquée du véhicule électrique pourrait aussi permettre de stocker de l’énergie, dans la mesure où un véhicule particulier passe la majorité de son temps en stationnement (selon EDF, 50 % des véhicules stationnent en permanence au domicile et 69 % des actifs restent garés 6 heures par jour en moyenne sur un emplacement réservé). Le réseau pourrait puiser dans la batterie l’électricité nécessaire pour répondre aux fortes demandes (lors de la pointe de consommation du début de soirée par exemple) ou pour pallier un manque ponctuel de production (lorsque la météo ne permet pas d’exploiter les énergies renouvelables par exemple). On parle alors de Vehicule-to-grid (V2G) : le véhicule électrique alimente le réseau en fonction des besoins du système électrique (modèle bidirectionnel) et lui offre un service de flexibilité.

Le projet V2G à Los Angeles

Les États-Unis ont vécu entre 2000 et 2001 de très fortes augmentations du prix de l’électricité et des coupures d’alimentation récurrentes et de grande ampleur. Cette période est connue comme la crise de l’énergie de l’Ouest des États-Unis. Depuis, la Californie a revu ses systèmes de régulation du marché de l’électricité. Elle s’intéresse particulièrement à toute solution permettant de sécuriser l’approvisionnement local en électricité. C’est la raison pour laquelle cet État américain a été identifié par le département de la Défense comme un terrain de choix pour un projet d’expérimentation sur le V2G permettant de confirmer ou d’infirmer les résultats de ses premières analyses théoriques. Le gestionnaire du réseau de transport californien California Independent System Operator (CAISO) est d’ailleurs à l’origine d’une feuille de route pour l’intégration du véhicule électrique au réseau publiée en février 2014.

En 2013, le département de la Défense a donc lancé une expérimentation sur la base de l’Armée de l’air américaine de Los Angeles avec une flotte 100 % électrique de 42 véhicules pour tester les systèmes de V2G et identifier les freins, les leviers et les bonnes pratiques en vue de les déployer. Deux phases ultérieures sont envisagées avec le déploiement de 500 puis de 1 500 véhicules sur 5 autres bases militaires. Ce projet se présente aujourd’hui comme le plus grand démonstrateur de V2G du monde.


Source : Fiche projet de la base Air Force de Los Angeles

Quelles sont les finalités du projet V2G ?

La première raison d’être du projet est de déterminer si le service de flexibilité pour le système électrique californien, rendu possible grâce au système de V2G, modifie l’équation économique du véhicule électrique. Selon le Berkeley Lab, les résultats préliminaires du projet permettent d’estimer un gain avoisinant les 100 dollars par véhicule et par mois pour l’opérateur de la flotte au titre de ce service de flexibilité. Ce chiffre doit être apprécié au regard des surcoûts spécifiquement liés au V2G, parmi lesquels l’achat et l’installation des systèmes bidirectionnels, la communication entre les compteurs et l’opérateur de réseau (environ 500 dollars par site et par mois avec la CAISO), etc. Au terme du projet, le département de la Défense analysera les retours d’expérience pour décider des modalités d’évolution de l’ensemble de sa flotte.

Mais il s’agit aussi :

  • d’étudier les freins au développement de ces services (notamment réglementaires et liés à la régulation du marché de l’électricité) ;
  • de proposer les modèles alternatifs permettant de lever ces freins ;
  • d’identifier les interlocuteurs et partenaires-clés à intégrer dans les réflexions ;
  • de tester et sélectionner les meilleures solutions techniques de « bidirectionnalisation » des bornes de charge et des batteries développées par les constructeurs et équipementiers ; etc.

Plus tard, le démonstrateur étendra ses expérimentations à la question de la « seconde vie » des batteries : que faire des batteries usagées ? Quelles flexibilités additionnelles pourraient-elles offrir au système électrique ?

Pour l’heure, les véhicules électriques de la base aérienne de Los Angeles contribuent à l’équilibre du système électrique de la Californie en injectant de l’électricité pendant les périodes de pointe et en consommant les surproductions temporaires. L’énergie solaire, intermittente, représente en effet 6,4 % du mix énergétique californien, contre 0,3 % pour l’ensemble des États-Unis, et génère des variations de production.

Un nouveau modèle dont le succès dépend de la croissance du parc de véhicules électriques

Les systèmes de V2G ne sont pas prêts à fonctionner de façon industrielle, dès aujourd’hui. Il reste encore beaucoup de difficultés à lever et de solutions à trouver. Il est donc nécessaire d’investir dès aujourd’hui dans ces recherches et ces expérimentations pour que ces systèmes arrivent peu à peu à maturité.

Au-delà, l’effort fourni doit concerner l’ensemble du secteur du véhicule électrique qui devra atteindre une taille critique pour que les systèmes de V2G puissent être commercialisés. Il doit donc viser à lever l’ensemble des freins au développement du véhicule électrique, en particulier en :

  • segmentant le marché,
  • définissant et apportant une expérience client du véhicule électrique irréprochable,
  • développant une infrastructure de recharge adaptée aux besoins,
  • développant les incitations économiques à l’achat,
  • concentrant les efforts sur les villes et les flottes d’entreprises qui sont les premiers adoptants du véhicule électrique,
  • etc.

Source : 

http://www.verdi-grid.fr/Programme-verdi/Contexte

http://www.smartgrids-cre.fr/index.php?p=vehicules-electriques-experimentations

http://www.presse.ademe.fr/files/cp_08072013_save_experience_concluante.pdf

http://www.smartgrids-cre.fr/media/documents/101001_SchneiderElectric_Mondial2010.pdf

 

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