jeudi 31 janvier 2013

L'électricité ne sauvera pas la voiture individuelle

Je ne sais pas si vous êtes comme moi, j'avoue que le matraquage médiatique autour de la voiture électrique m'interroge. Cela me donne l'impression que les constructeurs cherchent à nous convaincre que la fin programmée du pétrole ne va rien changer, et qu'en remplaçant nos vroum vroum par des zzzz zzzz, le monte restera tel qu'il est.

Alors bien entendu, comme l'autonomie de ces voitures est juste pathétique, on invente de nouveaux modèles, comme celui de Renault avec la société israélienne Better Place (on garde un modèle de rechargement équivalent à celui des carburants liquides, vous allez en station et on vous change les batteries "à plat" par des batteries chargées) et tout devrait...rouler !

Sauf que personnellement, je n'y crois pas une seconde. Tout d'abord parce que ces voitures coûtent un bras, rendez-vous compte que la petite citadine Zoé coûte près de 16000 € auxquels il faut ajouter un minimum de 80 € par mois pour les batterie (source). Ensuite parce qu'à ce prix délirant s'ajoute une autonomie juste ridicule de 150 km maximum. Enfin et comme j'en ai déjà parlé, le modèle de la voiture individuelle a du plomb dans l'aile (cygne, aile...humour !).

Mais ayons confiance en nos constructeurs et admettons que la voiture électrique vienne, peu à peu remplacer nos autos thermiques. Je dis "peu à peu" car le site Automobile Propre (ah, rien que l'association de ces deux mots me donne de l'urticaire !) nous apprend que 2012 a vu la vente de 5663 voitures électriques en France dont il faut retrancher les 1543 Bolloré Blue Car, soit le total prodigieux de 4120 voitures.

Je me suis alors demandé s'il était vraiment réaliste, énergétiquement parlant, de croire qu'un jour on puisse remplacer tout notre parc thermique par le même électrique, toutes choses égales par ailleurs, c'est à dire en gardant un modèle de mobilité largement basé sur le déplacement motorisé individuel. Allons y, étudions cela.

On commence par récupérer et les chiffres intéressants sur le site de l'INSEE sur la parc automobile de 2011 et le kilométrage par voiture.

Source : INSEE

Le calcul du kilométrage national global donne : 398 846 100 000 km parcourus en 2011 par les voitures françaises, soit environ 400 milliars de km, soit toujours environ 10 millions de fois le tour de la planète, pour un si petit pays, c'est hallucinant, non ?

Le magasine Challenges a eu la bonne idée de fournir des chiffres de consommation des voitures électriques. Pour les plus pointus, Tom Murphy a aussi fait un billet sur cette consommation avec des comparaisons essence versus électrique. Pour les calculs, je me suis basé sur l'article de Challenges, et choisi une voiture intermédiaire, la Nissan Leaf dont la consommation est estimée à 13.7 kWh pour 100 km.

400 milliars divisés par 100, cela nous donne 4 milliards de centaines de km pour lesquels il faut 13.7 kWh, soit une consommation annuelle d'environ : 54.8 TWh pour alimenter ces près de 32 millions de voitures.

Ok c'est bien joli, mais avec quoi je peux bien comparer ça ? Par exemple avec un réacteur nucléaire, facile. Un réacteur nucléaire classique en France, affiche une puissance moyenne de 1.3 GW, par "classique" il faut comprendre "réacteur à fission" ceux que l'on exploite en France. La fusion n'est toujours qu'un rêve de scientifique, et l'EPR, plus puissant avec 1.6 GW...ben on sait toujours pas comment le faire marcher apparemment. Comme nous en avons déjà causé ici, ce réacteur a un facteur de charge typique de 75%, c'est à dire qu'il fournit sa puissance nominale 3/4 du temps, le quart restant il est à l'arrêt en maintenance.

Sur une année, ce réacteur fournira donc 8,5 TWh d'énergie, la division est toute bête, pour alimenter près de 32 millions de voitures électriques, il faut construire un minimum de 7 réacteurs nucléaires, pas énorme en fait. C'est vrai.

Septembre 2013 - Mise à jour : Sauf que...le rendement de la production électrique tourne autour des 30%. Ca veut dire quoi ? Tout simplement que pour 1 kWh d'énergie que vous consommez (on l'appelle "finale"), il aura fallu produire 3 kWh d'énergie à la centrale (énergie que l'on appelle "primaire"). Autrement dit, ce ne sont pas 7 réacteurs qu'il faudrait construire, mais nous serions plus proche d'une vingtaine. Totalement infaisable.

De toutes façons, il faudrait alors composer avec quelques menues difficultés :
  • Le gouvernement s'est engagé à baisser la part du nucléaire dans le mix-énergétique français (je ferai un billet là dessus bientôt), sans que l'on sache bien vraiment comment et pourquoi, mais c'est un fait,
  • Le parc nucléaire français est actuellement composé de 58 réacteurs, qui sont relativement vieux, c'est à dire que dans les 20 ans qui viennent, décision sera très probablement prise d'en fermer quelques uns, et pour celui de Fessenheim, c'est déjà acté,
  • La catastrophe de Fukushima nous a rappelé qu'un accident est toujours possible, et a de fait rendu le nucléaire socialement difficile à accepter, d'une façon globale dans la population, mais aussi plus localement, c'est le fameux syndrome NIMBY
  • Le nucléaire est une énergie fossile, à savoir qu'il repose sur une ressource non renouvelable à l'échelle du temps humain, donc un jour, ce sera fini.

Alimenter 32 millions de voitures particulières à l'électricité semble donc un pari perdu pour le nucléaire. Essayons voir avec des éoliennes, c'est facile, il faut environ 2500 éoliennes pour remplacer un réacteur, on arrive donc à un total de 17500 éoliennes. Chiffre là aussi pas énorme quand on y réfléchit, mais quand on regarde les oppositions locales dès qu'il faut implanter un moulin, là non plus, c'est pas gagné.

Tout cela donne l'impression que la population veut le beurre, l'argent du beurre et la crémière, non ? Cela est juste le résultat d'une mauvaise éducation aux sciences et techniques, et aux médias qui ne font que moyennement leur boulot sur ces questions.

Maintenant, il y a aussi du boulot à faire côté constructeurs. Parce que la façon dont ils mettent aujourd'hui en place cette transition vers l'électricité ne me semble pas si judicieuse. Prenons le cas de la Renault Fluence, qui a le grand mérite d'exister en version thermique ET électrique. La version thermique DCi 105 pèse environ 1280 Kg, quand la version électrique accuse plus de 1600 Kg sur la balance ! Que s'est-il donc passé ?

On a enlevé un moteur diésel et sa transmission, pour mettre à la place des moteurs électriques avec le contrôle commande (160 Kg) auxquel sont venus s'ajouter 280 Kg de batteries ! Ajouter quelques menus équipements supplémentaires et voilà, un tank ! avec même pas l'autonomie...d'un tank ! Ou comment plomber le rendement d'un système qui mérite pourtant mieux.

Le plus gros souci de la voiture électrique est là. Cette transition devrait être alors l'occasion de modifier l'usage de la voiture (ça vient doucement), notamment en généralisant l'auto partage, le co-voiturage, etc ; mais aussi en travaillant sur l'objet voiture lui-même, quel intérêt en effet de déplacer 1.6 T pour trimballer 70 Kg de viande, surtout en ville où le trajet moyen est hyper court, 11 km. Mais ça bouge, notamment et encore avec Renault et sa Twizy, mais PSA est aussi sur le coup avec sa VéLV. Mais là encore, près de 500 Kg et 8000 € pour un truc sans porte (la Twizy), c'est risqué.

La conclusion s'impose d'elle-même, il n'y aura jamais 32 millions de voitures électriques. Il y en aura, c'est certain, toutes les flottes professionnelles à faible kilométrage quotidien passeront certainement à l'électrique.Certains "early adopter" sauteront aussi le pas. Mais comme avec les agro-carburants qui utilisent des terres qui pourraient servir à nourrir du monde, au fur et à mesure que la voiture électrique prendra son envol, le problème de la gouvernance de la consommation électrique deviendra de plus en plus aigu, il faudra alors décider si l'électricité servira en priorité nos usages quotidiens (cuisine, eau chaude, appareils en tous genres), ou nos besoins de mobilité.

On passera alors d'une problématique technique, à une problématique politique, et c'est en général là que les ennuis commencent.

mercredi 23 janvier 2013

Logistique : le pétrole "gratuit" en action

Je terminai mon précédent billet en disant que les tarifs de l'énergie sont à ce point dévalués qu'ils rendent le coût énergétique quasi nuls dans notre système économique. Et ce phénomène engendre des choses complètement illogiques.

Souvenez vous, en 2007, lors de la présentation de son Pacte Écologique, Nicolas Hulot mentionnait un accident dans le tunnel de Fourvière, tous deux transportaient des tomates, l'un venait de Finlande pour aller au Portugal et l'autre venait d'Espagne pour aller livrer ses denrées en Suède. Le truc complètement idiot que l'on a du mal à imaginer, non ?

Et bien je vais vous relater une situation tout aussi ubuesque. Récemment, j'ai fait l'acquisition d'un ordinateur portable chez Dell, marque que j'affectionne particulièrement et pour plusieurs raisons, mais qui sortent largement du cadre de ce blog ; et pour les geeks, j'utilise Linux dessus et pas Windows. Une fois la commande validée, je me suis empressé de me rendre sur le site d'UPS afin de suivre le cheminement de ce PC, et j'en suis resté sur le c.. !

Voici le cheminement pris par le colis :


Première constatation, pour effectuer un tel périple en 48 h, le colis a royalement voyagé en avion. C'est à dire avec le moyen le plus polluant par unité transporté, juste entre 25 et 80 fois plus que le bâteau ! Et comme la magie n'existe pas, c'est bien sur au pétrole que volent ces avions, pétrole qui fournit 98% de l'énergie des transports dans le monde.

Ça m'intéressait de regarder plus précisément le trajet emprunté par ce colis, j'ai pris mes outils favoris et commencé à dessiner des cartes à partir du tableau ci-dessus. Première partie, le voyage en Asie. Je me suis fié à la fiche Wikipédia de Dell pour déterminer que le colis est parti de la ville de Xiamen, dans la province chinoise de Fujian, mais c'est une simple supposition.

Sur la carte suivante, il y a donc Xiamen (A), Shanghai (B) et Incheon (C) étape terminale du colis en Asie.



La longueur du trajet en Asie est d'environ 1680 km, en supposant que les avions volent en ligne droite, ce que je n'ai pas réussi à apprendre des cartes des corridors aériens. Une fois arrivé à Incheon, probablement pour un rassemblement de colis, l'avion repart, cette fois pour l'Europe, exactement à Cologne en Allemagne.



Voilà, mon colis a parcouru 9650 km de plus, c'est bien loin la Chine, normal. Là où ça devient rock & roll, c'est que le colis va repartir, quasiment en sens inverse, direction le Kazakhstan.



Avec ça, on ajoute 5700 km environ au trajet. Et on se demande pourquoi on en arrive à de telles absurdités, car, comme on va le voir, le colis va revenir à Cologne, mais pas tout de suite. D'abord, on va faire un tour à Varsovie.


Ce qui nous ajoute 4300 km au compteur, puis on décolle pour le trip final à Cologne.


Et encore +970 km. Mais là, enfin ça y est, on part pour la France.




On ajoute encore 820 km et c'est la photo finish !

Le colis aura donc parcouru environ : 23120 km soit plus de la moitié de la circonférence de la terre. Est-ce normal ? Oui, tant que nous ne convaincrons pas Dell de fabriquer en Europe. Mais il y a quand même au moins une aberration, ce sont les 11000 km, soit quasiment la moitié du trajet, qui sont effectués pour "rien", c'est à dire que le colis part d'un point (Cologne) pour y revenir.

Si le coût du pétrole était suffisamment cher, on pourrait imaginer que le colis parte d'Incheon pour atterrir à Paris directement. Cela dit, il convient aussi de garder l'esprit que les transporteurs collectent le maximum de colis pour remplir les avions, donc que mon paquet ait transité via Cologne n'est pas spécialement choquant.

Mais j'ai beaucoup plus de mal à justifier le trajet de Cologne à Cologne en passant par le Kazakhstan. On ne peut pas justifier ce trajet pour des problèmes douaniers, ce pays n'est pas dans l'UE. Pis, il se trouve quasiment sur le chemin entre Incheon et Cologne ! C'est à dire que l'avion aurait pu se poser à Almaty et repartir pour Cologne, cela sans quasiment aucune "pénalité" pétrolière, mais non.

Il est certain qu'un pétrole plus cher aurait amené UPS à optimiser son trajet. Il est certain aussi qu'un pétrole plus cher aurait été en ma défaveur, mais là n'est pas la question.

On voit ici tout les avantages environnementaux que l'on pourrait tirer à augmenter la fiscalité sur l'énergie. Un pétrole plus cher remettrait les pros de la recherche opérationnelle au boulot pour optimiser au maximum les flux de transports. C'était tout l'enjeu de la Taxe Carbone que le même Nicolas Hulot avait inscrite au menu de son Pacte Ecologique en 2007. C'est une mesure pas facile à mettre en oeuvre, notamment parce qu'elle toucherait aussi les plus fragiles de la population, mais supprimer, via la fiscalité, des anomalies telles que celle que nous venons de voir, est une idée très séduisante.

Vous me direz que ces trajets sont déjà optimisés, ou peut-être que je suis tombé sur un cas isolé, un avion détourné par UPS pour un chargement exceptionnel et qui a impliqué cet aller-retour au Kazakhstan, par exemple, c'est toujours possible. Mais cela donne une idée de ce que peut donner un pétrole "gratuit" ou tout du moins transparent dans un système économique.

J'avais prévu de donner des chiffres en terme de consommation de pétrole et d'émission de gaz à effet de serre de ce "détour" de 11000 km, mais malheureusement, j'ai le plus grand mal à créer mon compte sur le site de l'Ademe, ce sera donc pour plus tard.

vendredi 11 janvier 2013

Mais au fait, c'est quoi l'énergie ?

Premier billet de 2013, alors il faut faire ça bien. Ça parle pas mal d'énergie sur ce blog (notamment , ou ), mais jamais on a parlé de ce que l'on met sous ce terme, nous allons donc remédier à ça.

Définitions


Quand on parle d'énergie, deux notions reviennent le plus souvent, et on a tendance à les confondre, ce sont la puissance et l'énergie.

Nous allons tout d'abord voir deux définitions de la puissance :
  • Mécanique : Ensemble de forces motrices, de tout ce qui imprime ou peut imprimer un mouvement. 
  • Quantité de travail fourni, ou susceptible d’être fourni ou consommé par une machine, en un temps déterminé.

Il faut donc comprendre ici que la puissance n'est en rien l'énergie, mais une force instantanée, c'est la notion de mise en oeuvre de cette force, pendant un temps déterminé, qui va donner la notion d'énergie. L'unité communément utilisée pour exprimer la puissance est le watt (W).

La définition de l'énergie sera alors :

L'énergie au sens de la science physique est une mesure de la capacité d'un système à modifier un état, à produire un travail entraînant un mouvement, un rayonnement électromagnétique ou de la chaleur. 

Autrement dit, toute action qui amène à la transformation de n'importe quoi entraîne la mise en œuvre d'énergie. Prenons un objet quelconque et changeons sa position, sa vitesse, sa masse, sa température, la pression à laquelle il est soumis, etc, tout cela entraîne la mise en œuvre d'énergie. Notez que mise en œuvre ne signifie pas obligatoirement consommation, cela peut être aussi une production, par exemple une voiture en freinant produit de l'énergie thermique.

Simplifions encore la façon de définir l'énergie, et là, normalement, tout devrait devenir très clair :

L'énergie n'est rien d'autre que l'indicateur principal de la société humaine qui repose sur la production et la consommation de biens manufacturés.

Ne nous y trompons pas, cette phrase n'est pas la lubie d'un militant écolo, elle repose sur une réalité physique, RIEN ne peut être fabriqué ou manipulé sans mise en œuvre d'énergie, fin de l'histoire ! Cette phrase est essentielle car prise dans l'autre sens, cela veut dire : à partir du moment où il y a une contrainte sur la disponibilité de l'énergie, alors la poursuite d'une société basée sur la production et la consommation de biens transformés est forcément remise en question.

L'unité scientifique officielle de l'énergie est le Joule (J), mais on utilisera ici bien plus souvent le watt-heure (Wh) et ses multiples (kWh, MWh, GWh,...).

1 Wh est alors la mobilisation d'une puissance de 1 W pendant 1 h, ce qui équivaut à 3600 Joules.

Quelques chiffres


Nous allons maintenant mentionner quelques chiffres. L'idée n'est pas de vous noyer, mais de donner quelques idées de grandeurs diverses.

Premier exemple : pour élever la température d'un litre d'eau de 1°C, il faut 4180 Joules, soit 1.16 Wh.

Deuxième exemple : un être humain adulte en bonne santé rayonne environ 100 W de puissance thermique, il va donc émettre 2.4 kWh d'énergie thermique sur une journée de 24 heures. Vous savez maintenant pourquoi il faut chaud dans les soirées bondées, la charmante personne à côté de vous n'y est malheureusement pour rien ! Voilà comment certains croient encore que le sang du Christ peut redevenir liquide, mais c'est un autre sujet.

Concernant votre corps, on passe sans problème de 100 W à 2.4 kWh car...vous fonctionnez 7/24 et heureusement, sinon vous seriez mort CQFD !

On perçoit mieux la différence entre puissance et énergie quand on cause de moyens de production. Par exemple, une éolienne classique a une puissance de 2 MW, mais elle est tributaire de la disponibilité du vent, ce qui fait que son facteur de charge (le taux auquel elle produit sa puissance nominale) n'est que de 20%. C'est ainsi que l'on passe d'une puissance de 2 MW à une énergie annuellement produite de 2 * 365 * 24 * .2 = 3500 MWh.

A contrario, un réacteur nucléaire classique développe une puissance de 1.3 GW. Et comme son facteur de charge est de 75 %, il fournit sur une année : 1300 * 365 * 24 * 0.75 = 8541000 MWh.

Pour remplacer ce réacteur par des éoliennes, il faut donc environ 2500 éoliennes. Attention, ce chiffre n'est pas à prendre au pied de la lettre (d'autres paramètres sont aussi à considérer), mais ça donne un ordre de grandeur. Et il montre pourquoi la priorité des priorités doit être de faire baisser la demande énergétique, c'est à dire notre consommation à tous, si nous voulons faire baisser la part du nucléaire dans notre mix énergétique.

Ok, mais dans la vraie vie, on fait quoi avec ça ?


Prenons le cas de Bob et disons que Bob pèse 72 kg et qu'il doit transporter une charge de 20 kg sur un dénivelé de 4000 m. Selon la formule E = m.g.h (produit de la masse par l'accélération terrestre par la hauteur), Bob produira avec ses petites gambettes une énergie mécanique de :
92 * 9.81 * 4000  = 3.61 MJ soit grosso modo 1 kWh.

Si vous êtes très bons, alors vous mettrez environ 10 h pour faire cette ascension et donc pour produire ce kWh d'énergie mécanique.

Faisons un petit calcul de coût tout bête. Le Smic horaire brut était de 9.4 € en 2012. Si vous employez quelqu'un, au Smic, pour faire cette ascension, alors votre coût en tant qu'employeur (ajoutez 50% au coût brut) sera d'environ : 9.4 * 1.5 * 10 =  141 € et bien entendu plus si votre grimpeur ne joue pas dans la bonne catégorie !

Pourquoi parle-t-on de prix ? Juste pour remettre en perspective la décorrélation totale entre les services que l'énergie nous rend aujourd'hui et son coût.

Par exemple, savez-vous combien vous coûte le kWh d'électricité d'EDF en heures pleines ?...11 cts. Si nous utilisons ce kWh dans un moteur électrique au rendement de 90%, alors vous faites cette ascension, électrique, pour 10 cts. Il y a donc, en terme de coût, un rapport de 1400 entre notre grimpeur et un moteur électrique .

Dans le même ordre d'idée, un litre d'essence vous fournit environ 10 kWh d'énergie thermique. Sachant que le rendement global d'une voiture est de 10%, alors vous prenez conscience que pour 1.5 €, vous obtenez de quoi faire votre ascension, on est sur un rapport 100 environ.

Une fois que vous avez ingurgité tout cela, vous comprenez pourquoi l'être humain est remplacé par la machine (et je ne parle même pas des grèves, arrêts maladie,...) partout où c'est possible. Une autre façon de voir la chose est de se dire que si on regarde les services rendus par l'énergie, son coût est marginal, l'énergie est quasi gratuite aujourd'hui. Or s'il y a dès aujourd'hui un problème sur la disponibilité du pétrole, et que l'économie n'est plus en corrélation avec cette réalité physique, il va y avoir comme un problème.


On en reparlera dans un prochain billet.