Plus ou… moins de lithium dans nos véhicules ?

L’empreinte carbone des VE

Les véhicules électriques (VE) ont plusieurs avantages. Ils préservent la qualité de l’air dans les villes, réduisent la pollution sonore et sont plus efficients que leurs homologues à combustion thermique (VT).

Néanmoins, les VE ne sont pas intrinsèquement meilleurs pour la planète.

L’impact environnemental d’un véhicule se mesure en considérant les émissions de carbone tout au long de son cycle de vie. Cette mesure agrège les émissions de CO2 et autres gaz à effet de serre pendant les phases de production du véhicule, pendant son utilisation (180 000 Km en référence ici) et lors du recyclage final. Les émissions d’un cycle de vie sont traditionnellement exprimées en tonnes d’équivalent CO2 (tCO2-eq) ou plus simplement en tonnes de CO2 (tCO2).

La capacité d’un VE à émettre peu de CO2 et de gaz à effet de serre dépend des trois facteurs cités plus haut :

1. ​Les sources d’énergie utilisées pour produire l’électricité consommée par le véhicule ;
   
2. La consommation énergétique du véhicule ;
   
3. La production du véhicule : un VE génère de 30 à 90 % plus de gaz à effet de serre qu’un VT de taille équivalente, principalement à cause de la production de sa batterie (Ellingsen et al. 2016).
   

Regardons en détail ces trois facteurs.

​

Les sources d’énergie

Les sources d’énergie utilisées pour alimenter un VE jouent un rôle déterminant pour savoir si les émissions totales du VE seront plus élevées ou non par rapport à un VT.

Les émissions d’une électricité produite à partir de charbon sont de fait plus élevées que celles du pétrole ou du diesel. Alimenter un VE avec une électricité produite par une centrale à charbon génère ainsi une empreinte carbone plus élevée que celle d’un véhicule de taille équivalente qui fonctionnerait au diesel ou à l’essence.

Les émissions en CO2-équivalent vont de 21 gCO2 par kWh pour l’électricité issue de l’éolien à 1029 gCO2 par kWh pour les centrales à charbon. Le production électrique moyenne européenne quand à elle est à 521 gCO2 par kWh (Ellingsen et al. 2016). L’illustration ci-dessous explique l’impact des différentes sources d’énergie sur le cycle des émissions des VEs.

L’illustration ci-dessous explique l’impact des différentes sources d’énergie sur le cycle des émissions des VEs.

Emissions de CO2-équivalent au cours d’un cycle de vie complet pour différents véhicules et différentes source d’alimentation électrique (Source : European Environment Agency).

​

Consommation énergétique

La consommation d’énergie d’un véhicule est directement affectée par son poids. Un véhicule plus lourd produit plus d’émissions par kilomètre qu’un véhicule plus léger car il nécessite plus d’énergie pour se déplacer. En fait, le poids d’un véhicule électrique correspond à sa consommation d’énergie par un facteur de 5,6 kWh / km pour 100 kg (Ellingsen et al. 2016).

La consommation d’énergie d’un véhicule électrique de luxe pesant 2 100 kg (20,7 kWh / 100 km) est 42% plus élevée que celle d’un petit véhicule électrique pesant 1 100 kg (14,6 kWh / 100 km). Cette différence se reflète directement dans les émissions de leur phase d’utilisation, où le véhicule électrique de luxe produit 42% plus d’émissions que le petit véhicule utilitaire.

Un véhicule plus lourd produit plus d’émissions par kilomètre parce qu’il nécessite plus d’énergie pour se mouvoir qu’un véhicule plus léger (Source: CIXI).

​

La consommation d’énergie est également directement affectée par l’efficacité énergétique du système de propulsion du véhicule (VE par rapport aux véhicules VT). Les véhicules électriques ont une efficacité de réservoir-à-roue allant de 1.6 à 6.7 fois supérieur par rapport à celle d’un VT.

Les VE ont une efficacité réservoir-à-roue plus élevée que les VT (Source : CIXI).

Lorsque nous comparons un petit VE à son VT de taille équivalente, il émet 61% moins d’émissions que son équivalent VT. De même, un VE de luxe produit 90% moins d’émissions que ses homologues VT (en considérant le mix électrique Européen). Cela est dû en partie aux sources d’énergie plus propres et en grande partie à leur efficacité accrue du réservoir à la roue. Ces rendements permettent aux véhicules électriques d’avoir des consommations de 1,6 Le / 100 km pour le petit véhicule électrique et de 2,3 L / 100 km pour le véhicule électrique de luxe (avec 8,9 kWh/L d’essence. Source : Ressources naturelles Canada).

Les VE produisent moins d’émissions qu’un VT de taille équivalente grâce à leur efficacité accrue du réservoir à la roue et à des sources d’énergie plus propres (Source: CIXI).

​

Taille de la batterie

La taille de la batterie joue un rôle important dans l’empreinte carbone d’un véhicule électrique. Elle contribue pour 14 à 26% du cycle d’émission total du VE.

La plus grande part de l’empreinte de la batterie vient de sa fabrication, qui ajoute entre 0,5 et 5 tonnes de CO2 pour 10 kWh (Hall et Lutsey 2018). À elle seule, cette part représente entre 33 et 46% des émissions de la phase de fabrication du véhicule. Elle représente une dette initiale importante pour les VE en comparaison des émissions de la production des VT. elle seule, cette part représente entre 33 et 46% des émissions de la phase de fabrication du véhicule. Elle représente une dette initiale importante pour les VE en comparaison des émissions de la production des VT.

Pour les phase d’utilisation puis de recyclage du véhicule, les batteries sont responsables respectivement de 4% à 11% (utilisation) et de 14% à 23% (recyclage) de l’empreinte carbone totale selon la masse du véhicule et la taille de sa batterie.

Au-delà du CO2

Les batteries électriques ont d’autres enjeux environnementaux en plus de contribuer à l’empreinte carbone du VE. Par exemple, 75% des ressources de Lithium sont situées dans des régions arides de Bolivie, du Chili et de l’Argentine. L’extraction du Lithium est particulièrement consommatrice en eau, ce qui accentue la pression sur les réserves phréatiques et accroît les risques de pollution des nappes d’eau, des sols ou de l’air — sans compter la destruction des paysages locaux (Hollender et Shultz 2010).

La technologie la plus populaire pour les VE est dénommée Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC) — sa popularité tient au fait qu’elle détient la meilleure densité énergétique. Cette batterie est constituée à 6% de Cobalt. Le Cobalt est un métal toxique qui est extrait de manière artisanale et illégale en république du Congo, un pays pauvre et politiquement instable. Le Congo détient 50 à 60% des ressources mondiales de Cobalt (Mann 2017).

Considérant les coûts environnementaux des trois facteurs abordés (sources d’énergie, consommation d’énergie et production de véhicules), nous nous posons en tant que constructeur automobile la question suivante :

​Combien de lithium devrions-nous avoir dans le véhicule que nous développons ?

Nous avons décidé de répondre à cette question de la manière suivante.

Le véhicule actif

À CIXI, nous construisons le Vigoz, un nouveau type de véhicule actif (qui utilise l’énergie physique de l’homme) et à basse empreinte carbone qui (ré)introduit l’activité physique quotidienne dans nos vies. Nous sommes convaincus que l’activité physique quotidienne apporte plus que la simple amélioration de la santé. Nous pensons également que nos pilotes sont prêts à adopter de nouvelles solutions moins polluantes.

Dans l’esprit de créer un véhicule à faible encombrement, nous avons mené une étude pour mieux comprendre les besoins quotidiens en matière de mobilité. L’idée derrière cette étude était de déterminer la taille de la batterie que nous devrions mettre dans le Vigoz pour satisfaire les gens, sans nécessairement entrer dans la course à la plus grande autonomie.

Cette étude a consisté à collecter et à analyser les fichiers GPX d’un large échantillon de personnes enregistrant leurs déplacements pendant une semaine. Les fichiers GPX contenaient des informations GPS ou leur position dans le temps. À partir de ces fichiers, nous pouvions extraire la vitesse, l’accélération et l’altitude tout au long d’un voyage. Avec un modèle simple de véhicule, nous pouvions ensuite calculer la consommation d’énergie sur le trajet.

Cette information nous a permis de faire deux choses.

Premièrement, cela nous a aidé à comprendre les besoins de mobilité des individus : leur autonomie, le type de route emprunté, le type de voyage, le nombre de personnes. Compte tenu de cela, nous avons pu mieux comprendre la taille de la batterie qui satisferait le mieux les gens.

Deuxièmement, nous avons remercié les participants en leur préparant un rapport personnalisé contenant leur consommation d’énergie et leur empreinte environnementale en grammes de CO2. Cela nous a aidé, ainsi que les participants, à mieux comprendre les impacts environnementaux de notre mobilité à tous. Nous en avons profité pour mettre en valeur le temps d’exercice physique et de développement d’un mode de vie plus sain dont ces participants pourraient bénéficier avec notre véhicule actif.

Grâce à cette étude, nous avons pu déterminer l'autonomie idéale pour un véhicule du quotidien, soit 160 km.

Références

1. H. C. Righolt and F. G. Rieck, “Energy chain and efficiency in urban traffic for ICE and EV”, 2013 World Electric Vehicle Symposium and Exhibition (EVS27), Barcelona, 2013, pp. 1–7. doi: 10.1109/EVS.2013.6914820
   
2. Linda Ager-Wick Ellingsen et al, “The size and range effect: lifecycle greenhouse gas emissions of electric vehicles,” 2016 Environ. Res. Lett. 11 054010. doi:10.1088/1748–9326/11/5/054010​
   
3. European Environment Agency. “Infographic: Range of life-cycle CO2 emissions for different vehicle and fuel types” Prod-ID: INF-66-en, Published 29 Aug 2017 Last modified 22 Nov 2017. Ragan’s PR Daily
   
4. Hall et N. Lutsey, “Effects of battery manufacturing on electric vehicle life-cycle greenhouse gas emissions”, Thr international council on clean transportation — ICCT. Beijing, Berlin, Brussels, San Francisco, Washington, 2018, pp. 1–12.
   
5. R. Hollender and J. Shultz, “Bolivia and its Lithium: Can the ‘Gold of the 21st Century’ Lift a Nation out of Poverty?” A Democracy Center Report, Cochabamba, 2010. pp. 1–57.
   
6. E. Mann, “Digital Technology is Dependent on Forced Labor: The Exploitative Labor Practices of Cobalt Extraction in the Democratic Republic of Congo”, 2010.
   

​​