Dossier : Vraiment propres, les voitures électriques ? On a fait le calcul !

Renault ZOE

Difficile de faire le tri dans les informations sur la « propreté » réelle des véhicules électriques, et les défenseurs du modèle s'écharpent depuis longtemps avec ses détracteurs. En réalité, l'électrique n'est ni tout noir, ni tout blanc : les batteries polluent, mais bien moins que les véhicules thermiques. Quant aux émissions CO₂, ce sont des polluants complètement différents qui interviennent.

Le changement climatique est un enjeu considérable pour la planète, et le transport routier se doit de revoir sa copie. Personne ne sait encore de quoi sera fait le siècle prochain : roulera-ton à l'hydrogène, à l'électrique, au gaz ou biocarburant ? Ce qui est certain, c'est que l'électrique remporte aujourd'hui la tendance de la voiture de demain, et que les constructeurs automobiles l'ont bien compris en intégrant pleinement les modèles 100% électriques et hybrides à leurs feuilles de route annuelles.

Non, la voiture électrique n'est pas 100% propre

La voiture électrique a longtemps été appelée de voiture propre, par abus de langage. S'il est vrai qu'elle pollue très peu (voire pas) en utilisation, ce n'est pas le cas si l'on prend en compte le cycle incluant la production, les matériaux et l'électricité utilisée. Rien n'est propre à produire, et toute voiture produite est polluante.

À la production : carton jaune pour certains modèles électriques

Selon le rapport E4T, la différence à la production est en défaveur de la voiture thermique. Alors que tout le monde clame qu'un véhicule électrique est plus polluant à fabriquer, cela n'est vrai que pour le segment A, celui des mini-citadines type Renault Twingo, avec deux fois plus de CO₂ rejeté. Même constat pour une voiture « cœur de gamme » (une Peugeot 308 par exemple).

L'ADEME prend aussi compte de l'évolution des technologies et normes antipollution, qui auront un impact considérable sur cet écart. Exemple avec un véhicule de type Volkswagen Golf essence, « coûtant » environ 60 g/km de CO₂ ; son homologue électrique est à 95 g/km, soit 50 % de plus.

Une étude du cabinet suédois IVS est un peu plus précise sur la production des batteries. Selon la technologie utilisée - Lithium Manganèse Oxyde, Nickel Cobalt manganèse, etc. - les rejets sont de 55 à 160 kg de CO₂ par kWh. Ce sont donc 2 255 à 6 560 kg de CO₂ qui sont rejetés pour une Renault ZOE, soit 15 à 44 g/km de CO₂ pour une durée de vie de 150 000 km.


Côté utilisation, les émissions de CO₂ « au pot d'échappement » d'une voiture électrique sont nulles en utilisation. D'aucuns ont cependant pointé du doigt la provenance de cette électricité, qui n'est pas totalement propre. On a ensuite parlé des émissions « du puits à la roue » ou « du puits à l'échappement ».

À l'utilisation : l'électrique largement moins polluant que le thermique

Et ce calcul n'est pas simple, puisque le mix énergétique de la production d'électricité varie selon les pays. Si l'on met de côté le débat sur le nucléaire et ses déchets, la France profite d'une électricité assez neutre en carbone. Pour synthétiser, lorsqu'on calcule l'énergie sur la durée de vie moyenne - 150 000 km -, cela se solde à environ 10 g/km de CO₂, soit mieux que les 140 g/km d'une petite essence ou les 110 g/km de CO₂ d'une compacte diesel.


En tenant compte de l'ensemble du cycle de production, l'électrique perd donc son étiquette de « véhicule propre ». Mais pour que la comparaison soit cohérente, il faudrait reproduire le même exercice pour les véhicules gazole et sans-plomb. Malheureusement, nous ne disposons d'aucune donnée sur au cycle global de la production de carburant, c'est-à-dire son extraction, son raffinage et son transport. Faute de mieux, notons donc simplement que même se basant sur des estimations de pollution (largement ?) sous-estimées pour les véhicules thermiques, l'électrique demeure largement moins polluant lorsqu'il est produit en France.

Bien sûr, les calculs changent en fonction du pays de production. En Allemagne, le charbon constitue la plus grande part du mix énergétique (40 % en 2017), et ajoute du CO₂ dans le bilan de la voiture électrique (et de la voiture essence si fabriquée localement). En Chine, la voiture électrique est plus décriée, car le charbon constitue encore une grande part de la production d'électricité, au contraire de la Norvège utilisant à plus de 95 % l'hydroélectrique.

Production + utilisation : l'électrique loin devant, mais...

En additionnant les deux données collectées, on parvient à un constat sans appel : la voiture électrique pollue moins qu'une voiture essence ou diesel en termes de CO₂. En moyenne, une compacte électrique revendique 80 g/km, contre 160 g/km pour une essence et 140 g/km pour une diesel. C'est donc quasiment moitié moins sur le cycle global.

Cependant, IVS, l'Institut de Recherche Environnemental Suédois, est plus modéré. Selon un rapport émis en 2017, une voiture électrique produite consommerait 150 à 200 kg de CO₂ par kWh. « Cela veut dire que vous ne devriez acheter une voiture électrique avec une grande batterie que si cela est nécessaire », conclut la chercheuse Mia Romare.

Après un rapide calcul, une batterie de Renault ZOE de 41 kWh permet 48 g/km de CO₂, soit moins de 60 g/km sur le cycle global. Or, lorsque l'on passe à une Tesla Model S de 100 kWh, la part globale augmente à 127 g/km. Cela reste toujours moins qu'une grande berline essence ou diesel à plus de 200 g/km sur le cycle global, mais l'écart se réduit.

Autre étude : si l'on prend le mix de nos amis Québecois (toujours sur 150 000 km), l'électrique émet 65 % moins de CO₂ que le thermique, puisque l'électricité provient de l'énergique hydroélectrique.

Cependant, si l'on se réfère à l'un de nos récents articles, les résultats de l'étude de l'Institut de Recherches Économiques de Munich indiquent l'exact contraire ! En réalité, ce n'est pas surprenant car le mix énergétique utilisé dans cette étude est celui de l'Allemagne (très dépendante du charbon). Bref : à chaque pays son bilan.

L'électrique, plus fiable, donc plus endurant et moins polluant ?

Oui, dans certains pays, et en fonction des modèles, une voiture électrique peut être plus polluante qu'une voiture thermique en dioxyde de carbone lors de sa production. Les études ci-dessus s'arrêtent toutefois à la durée de vie moyenne d'un véhicul thermique : 150 000 km. Or, les véhicules électriques ayant moins de pièces mobiles s'usant avec le temps, on les considère souvent comme plus fiables. Car, paradoxalement, les moteurs électriques sont beaucoup simples de conception qu'un moteur diesel ou essence !


En théorie, une électrique parcourt donc plus de kilomètres. Si l'on augmente la durée de vie à 300 000 km (estimation ADEME), l'électrique augmente son avance. Elon Musk a justement donné des chiffres sur sa Model 3, dont la durée de vie est estimée à 500 000 km minimum, voire 1,6 million pour la prochaine génération. Dans le cas où la batterie peut être changée, la durée de vie augmente d'autant plus.

Une évolution des technologies et des politiques en faveur de l'électrique

Les comparaisons données plus haut se basent sur des consommations et techniques datant de 2015. L'ADEME a cependant fait des projections pour l'horizon 2030. L'agence a pris en compte les avancées sur la production et les technologies dans chaque type de motorisation, comme un meilleur rendement du thermique et une densité de batterie doublée en électrique. L'institution prévoit aussi une forte baisse de consommation de carburant, qui passerait de 130 g/km en 2015 à 75 g/km environ.

Pour proposer un exemple concrète, Volkswagen a comparé son actuelle e-Golf et sa remplaçante ID Neo prévue en 2020 sur une durée de vie de 200 000 km. L'e-Golf pointe à 119 g/km de CO₂ (mix énergétique européen), contre 140 g/km pour une Golf diesel. L'électrique a déjà de l'avance, mais les 62 g/km à l'utilisation sont à baisser à moins de 20 g/km si l'on considère un mix France. À plus long terme, le constructeur allemand vise une réduction de 50 % de l'impact de production des batteries, soit environ -20 % d'émissions de CO₂ sur le cycle total.


Sont aussi incluses les décisions politiques de bannir partiellement, voire totalement, certains types de véhicules. Parmi elles, on peut citer le péage urbain de Londres entré en action ce printemps 2019, le Grand Paris disant adieu au diesel dès 2024, ou la Norvège interdisant la vente de thermique en 2025. Ces décisions auront un impact significatif sur les technologies à prioriser, un moteur diesel ayant moins d'intérêt à s'améliorer que l'électrique.

Ainsi, d'ici 2030, l'électrique devrait prendre encore plus d'avance sur le thermique. Une compacte électrique consommerait 60 gCO₂/km au global, contre 120 environ pour le diesel ou l'essence.

La question des NOx et particules fines

Le bilan global d'une voiture est quasi systématiquement calculé en fonction du taux de CO₂ rejeté. Le dioxyde de carbone est roi dans les questions environnementales ou de pollution, mais ce serait oublier tous les autres polluants existants. Un moteur thermique émet des oxydes d'azotes, plus connus sous le nom de NOx. Ceux-ci sont présents majoritairement sur les moteurs diesel (plus de 95 %), mais aussi dans une très moindre mesure sur les moteurs essence. En moyenne, une voiture diesel rejette 100 mg de NOx par km, soit 15 tonnes en moyenne sur sa durée de vie.

Les particules fines sont aussi un fléau. Nommées PM2,5 ou PM10, elles mesurent donc entre 2,5 et 10 micromètres, invisibles et se faufilant aisément dans les poumons.



Si le CO2 dispose d'un impact indirect sur l'homme, puisque les gaz à effet de serre ont une influence directe sur le climat, les NOx et particules impactent directement la santé. Ces polluants peuvent entraîner des troubles respiratoires, voire des décès prématurés dans le cas d'expositions prolongées.

Autre polluant souvent oublié : les benzènes, qui représentent un fléau à proximité des grands axes. Ils sont visibles, laissant des couches noires sur les bâtiments et les fenêtres. C'est moche, mais aussi dangereux, car cancérogène chez l'Homme. Il augmente le taux de leucémies, des anémies aplasiques et diminue les défenses immunitaires.

Pour plus d'informations, nous vous invitons à consulter le rapport 2018 sur la qualité de l'air en Île-de-France publié par Airparif.

Le cas des terres rares, du lithium et du cobalt

Ces composants reviennent fréquemment sur la scène médiatique, bien qu'ils ne soient pas les seuls à intervenir dans la conception d'une voiture électrique. Les batteries lithium-ion sont différentes selon les modèles, certaines utilisant plus ou moins de cobalt ou de lithium.

Le lithium est le matériau le plus important dans la fabrication des cellules composant les batteries dites lithium-ion, mais ce n'est pas le seul. L'industrie des téléphones et ordinateurs portables, mais aussi des vélos à assistance électrique et des trottinettes électriques fait intervenir d'autres ressources telles que le verre et les graisses lubrifiantes. Leur extraction demande de lourdes ressources, notamment des machines demandant du carburant pour fonctionner, et leur transport depuis les pays extracteurs (la Chine et l'Amérique du Sud principalement) représentent donc un impact supplémentaire, pris en compte dans les études pour le calcul du CO₂.

L'extraction du cobalt fait souvent polémique. Selon un rapport d'Amnesty International, environ 10 % du volume mondial serait extrait dans des conditions ne respectant pas les droits humains. De plus, à l'instar du lithium, son extraction entraîne une pollution non négligeable, là aussi non quantifiée. L'avenir de la filière passera néanmoins par un recyclage du CDO, l'oxyde de cobalt de lithium.

Les terres rares - lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, etc - figurent aussi parmi les matériaux sensibles. Aussi appelés métaux stratégiques, ils sont présents à raison de quelques kilogrammes par voiture électrique, mais aussi dans les pots catalytiques de véhicules thermiques. Demandant d'énormes ressources d'extractions, ces matériaux sont aussi non renouvelés, puisque recyclés à 1% en moyenne. Outre la pollution de l'air, il faut également considérer la pollution environnementale. Sont souvent mis de côté les paysages impactés par les mines d'extraction, tout comme la pollution des eaux voire de l'assèchement des nappes phréatiques. Le lithium a besoin d'être trié et lavé, ces pratiques exigeant énormément d'eau.

L'essence et le diesel sont encore plus concernés par ces aspects, l'extraction des hydrocarbures étant aussi extrêmement polluante et nécessitant un long transport depuis le Moyen-Orient, l'Asie Centrale ou l'Afrique.

L'hybride rechargeable peut-il concilier le meilleur des mondes à court terme ?

L'automobile peut réduire significativement l'impact carbone de la production des batteries. Cela passera par davantage de renouvelable dans l'énergie (outils d'extraction, approvisionnement, usine, production d'électricité). Mais pour concilier le meilleur du thermique (faible impact en production) et de l'électrique (faible impact en utilisation), l'hybride rechargeable et ses petites batteries (environ 10 kWh) n'est-il pas l'idéal ? Si selon l'étude E4T, qui se base sur le mix France.

Avec une consommation entre 1 et 2 L/100 km en moyenne théorique, les hybrides rechargeables devraient en théorie avoir le vent en poupe. Or, c'est tout le contraire : ce type de véhicules ne représente que 0,7% du marché en ce début d'année 2019 (3 906 exemplaires), presque trois fois moins que les électrique. Pour l'anecdote, le top 3 de ce premier trimestre est formé par les Volvo XC60 T8, Mitsubishi Outlander PHEV et Range Rover P400e.

Et l'hydrogène dans tout ça ? Quid des biocarburants et du GNV ?

Dans les différents rapports sur l'impact de l'électrique, les énergies alternatives sont rarement mises en avant. L'hydrogène est souvent mis au rebut, car visant les véhicules lourds types bus ou camion, tout comme l'E85 ou le gaz naturel pour véhicules (GNV). Pourtant, ils participeront pleinement à la transition écologique.

Par exemple, un véhicule à pile à combustible doit être comparé selon le mode de production d'hydrogène. Aujourd'hui, plus de 90% provient d'hydrocarbures ou de gaz, or les initiatives de mobilités sont en majorité accompagnées d'une production par électrolyse, parfois avec énergie solaire ou éolienne captée sur le lieu de la station. En moyenne, selon les études, l'hydrogène est à environ 80 g/km de CO₂ au km sur le cycle global (voire plus aux USA selon une étude de l'Université de Standford), mais peut baisser de moitié avec du 100% renouvelable.

L'hydrogène est aujourd'hui mis de côté, car il souffre d'une absence d'infrastructure (20 stations en France), d'un coût de charge important (autant qu'un carburant classique), et d'un prix d'achat élevé car à production limitée (70 000 € pour une Toyota Mirai). Techniquement, l'hydrogène est moins efficient car il ajoute deux étapes dans la production d'énergie (électricité vers hydrogène vers électricité pour moteurs), mais permet des autonomies supérieures qu'avec des batteries (près de 700 km sur un Hyundai Nexo).

Les biocarburants sont, eux, moins avancés en termes de pollution. La première génération (palme, céréales, etc) est parfois très émettrice en CO₂, allant jusqu'à 300 g/km de CO₂. La seconde (plants rapides à cycles de quelques semaines, résidus ou déchets) réduit l'écart, mais est toujours plus polluante qu'un carburant diesel ou essence. Seule la troisième génération, celle à base d'algues ou d'algo-carburants, peut produire de façon renouvelable et sur des cycles très courts de quelques jours.

Enfin le GNV est aussi envisagé, car améliorant le biocarburant sur le papier, si produit de façon durable. Nommé bioGNV, il fonctionne sur des moteurs thermiques adaptés mais moins polluant à produire qu'en électrique. Sa production peut être réalisée à partir d'agriculture renouvelable ou de déchets agricoles, avec une empreinte quasiment neutre. Point noir à l'utilisation : la surconsommation par rapport à l'essence, qui s'alèbe à 25%...

En conclusion

Toutes les études montrent bien que l'électrique n'est pas 100% propre, mais cette technologie fait mieux aujourd'hui que l'essence ou le diesel. Les études varient également beaucoup selon le mix énergétique du pays émetteur, où l'électrique perd son intérêt en Chine ou États-Unis, mais est bien plus vertueux en France.

Des efforts restent à faire sur la pollution engendrée lors de la production des batteries, mais elle devrait nettement baisser dans les années à venir grâce à l'amélioration des procédés et de l'énergie renouvelable. L'hybride rechargeable, pour sa part, représente à ce jour la solution la plus verte du marché, mais demande une technologie compliquée et encore chère, qu'on trouve essentiellement sur des gros SUV et des berlines.