©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Jean-François GrusonDirection Économie et Veille

État de l'art et perspectives de travail

L'évaluation environnementale de l'automobile et de son usage:l'ACV une vision globale mais complexe

Direction Economie et Veille – Département Economie- Equipe ACV – mars2011

Énergies renouvelables | Production éco-responsable | Transports innovants | Procédés éco-efficients | Ressources durables

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

3

©20

10 -

IFP

Ener

gies

nou

velle

s

Établissement public de recherche,d'innovation industrielle et de formation

Mission : développer des technologies performantes,économiques, propres et durables,

pour relever les trois grands défis sociétaux du 21e siècle :changement climatique et impacts environnementaux,

diversification énergétique et gestion des ressources en eau

IFP Energies nouvelles apporte des solutions industrielles innovantesdans ses domaines d'activité : énergie, transport, environnement

Centre de recherche appliquée, il assure le transfert entrerecherche fondamentale et développement industriel

IFP Energies nouvelles

Énergies renouvelables | Production éco-responsable | Transports innovants | Procédés éco-efficients | Ressources durables

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

4

©20

10 -

IFP

Ener

gies

nou

velle

s

En bref1 737 personnes*, dont 1 173 chercheurs (ingénieurs et techniciens), basés àRueil-Malmaison et à Lyon

157 thésards et 27 postdoctorants

Plus de 50 métiers représentés : du géologue au motoriste

Un environnement technique (moyens d'essais, équipements) de très haut niveau

Statut : établissement public àcaractère industriel et commercial (EPIC)

Financement : budget de l'État et ressources propres provenant de partenaires privés français et étrangers

Budget 2009 : 307,8 M€ dont 249 M€pour la R&D

En 2009 :

13 900 brevets vivants

305 articles publiés dans les revues scientifiques internationales

* effectif moyen équivalent temps plein

IFP Energies nouvelles

Énergies renouvelables | Production éco-responsable | Transports innovants | Procédés éco-efficients | Ressources durables

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

5

©20

10 -

IFP

Ener

gies

nou

velle

s

Le paysage énergétique

Concevoir les solutions permettant d'optimiser l'utilisation desénergies fossiles tout en développant de nouvelles technologies etsources d'énergies pour répondre aux besoins sociétaux dans les

domaines de l'énergie, du transport et de l'environnement

Préparer la transition énergétique

IFP Energies nouvellesPositionnement stratégique

Croissance de lademande et

prix du pétrole

Caractère parnature limité desénergies fossiles

Changementclimatique

Difficile substitutionmassive et rapide

des hydrocarburespour les transports et

la pétrochimie

Tension sur lesressourceshumaines

Énergies renouvelables | Production éco-responsable | Transports innovants | Procédés éco-efficients | Ressources durables

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

6

©20

10 -

IFP

Ener

gies

nou

velle

s

TRANSPORTSINNOVANTS

PRODUCTIONÉCO-RESPONSABLE

ÉNERGIESRENOUVELABLES

RESSOURCESDURABLES

PROCÉDÉSÉCO-EFFICIENTS

EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUERÉDUCTION IMPACTÉCOLOGIQUE

CHANGEMENT CLIMATIQUE : RÉDUCTION ÉMISSIONS DE CO2

DÉCARBONATATION

SÉCURITÉDES

APPRO.

DÉVELOPPEMENT DURABLE

DIVERSIFICATIONÉNERGÉTIQUE

Produire, à partirde sourcesrenouvelables,des carburants,des intermédiaireschimiques etde l'énergie

Produire de l'énergieen réduisantl'impact surl'environnement

Développerdes transportséconomes et àfaible impactenvironnemental

Produire, à partirde ressourcesfossiles,des carburantset intermédiaireschimiques à faibleimpactenvironnemental

Proposer destechnologiesrespectueusesde l'environnementet repousser leslimites actuellesdes réservesd'hydrocarbures

IFP Energies nouvelles5 priorités stratégiques complémentaires

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Plan de l'exposé1.

Introduction : outils d’aide à

la décision et développement durable

2.

Analyse du Cycle de Vie1.

Définition et principes2.

Intérêts et utilisations3.

Historique de la méthodologie

4.

Description détaillée –

la norme ISO 14040

5.

Application dans l’industrie automobile

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les OUTILS D’AIDE À

LA DÉCISION POUR UN

DÉVELOPPEMENT DURABLE

Introduction

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Contexte général : le Développement Durable

Définition selon le rapport Brundtland, 1987«

Le développement durable est un mode de développement

qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité

des générations futures de répondre aux leurs ».

Le développement durable vise à réconcilier le développement économique et social, la protection de l’environnement et la conservation des ressources naturelles.

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

De l'approche "site" à

l'approche "cycle de vie"

Nécessité

de diminuer les pressions anthropiques sur l'environnement

1ère approche : Diminuer les flux à l’interface entre la société et la natureCe sont les approches «

site »

2ème approche : Étude détaillée des flux de matière et d’énergie dans la société, de la fabrication jusqu’à l’usage et la destruction des produits

Ce sont les Analyses du Cycle de Vie

Atmosphère

Hydro-géosphère

Océans Biosphère Société

Prélèvements

Émissions

Impacts / Risques

Détérioration des "services"

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Intérêt de l’approche Cycle de Vie

Éviter de diminuer

un impact…

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Intérêt de l’approche Cycle de Vie

… et d’en augmenter

un autre.

Éviter le transfert d’impacts vers une autre étape du cycle de vie

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Différentes méthodes d’aide à

la décisionL’Analyse du Cycle de Vie (ACV ou LCA) évalue les impacts potentiels sur l’environnement d’un produit ou d’un service sur l’ensemble de son cycle de vie, de l’extraction des matières premières à

l’élimination des déchets.

L’Ingénierie du Cycle de Vie (ICV ou LCE)permet d’étudier un produit, procédé

ou service d’un point de vue

technique, économique et environnemental, et ce, tout au long de son cycle de vie.

La conception écologique ou écoconception (Design for the Environment, DfE ou Ecodesign)consiste à

intégrer systématiquement les considérations

environnementales issues des ACV lors de la conception d’un produit ou d’un procédé.

Source : CIRAIG

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les DÉFINITION ET PRINCIPES

Analyse du Cycle de Vie

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Définition d’une ACV selon la norme ISO 14040

L’Analyse du Cycle de Vie est la compilation et

l’évaluation des entrants et des sortants ainsi que des

impacts environnementaux potentiels d’un système de

produits sur son cycle de vie.

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Qu’est-il inclus dans une ACV ?Analyse des Impacts

Analyse de l’Inventaire

Étapes du Cycle de Vie

Phases du Cycle de Vie Fabrication Utilisation Fin de vie

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Intérêts des ACV pour l’interneDétection de risques stratégiques et de problèmes environnementaux

Identification des étapes du cycle de vie complet des produits dont les impacts sont les plus forts

Développement de produits durables sur la base d’informations environnementales

Support au respect des lois, normes et restrictions

Communication avec les Pouvoirs Publics

Communication interne / motivation des employés

Support aux systèmes de management environnemental

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Intérêts des ACV pour l’externe

Amélioration de l’image sur la base de considérations écologiques

Support aux innovations environnementales et diminutions des impacts environnementaux

Avantage compétitif du fait de l’inclusion d’aspects environnementaux

Dans la conceptionDans la communication

Normalisation

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Définition des objectifs

La définition des objectifs d'une ACV doit indiquer sans ambiguïté les éléments suivants :

l'application envisagée;les raisons conduisant à réaliser l'étude;le public concerné;

s'il est prévu que les résultats soient utilisés dans des affirmations comparatives destinées à être divulguées au public.

Si oui, nécessité

d’une revue critique

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Définition du champ de l’étudeLa définition du champ d'une ACV doit inclure et décrire clairement:

le système de produits à étudier;les fonctions du système de produits ou des systèmes;l'unité fonctionnelle;la frontière du système;les règles d'affectation;la méthodologie d'évaluation de l'impact du cycle de vie et les types d'impact;l'interprétation à utiliser;les exigences portant sur les données;les hypothèses;les choix de valeurs et les éléments facultatifs;les limitations;les exigences de qualité des données;le type de revue critique, le cas échéant;le type et le format du rapport spécifié pour l'étude.

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Définition de la fonction du système

Objectif : relier les impacts à la fonction du système

Avant de lire ou faire une étude, il faut commencer par identifier la fonction étudiée.

La fonction choisie dépend des objectifs de l'étude.

C'est sur la base de cette fonction que sont ensuite définis différents scénarios à comparer.

Une question clé

: les fonctions secondaires diffèrent-elles sensiblement entre les scénarios ?

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Exemples de fonctionsProduit Fonction principale Fonctions secondairesPorte de voiture Ouvrir et fermer l'accès

au véhiculeSécurité

vol,

Sécurité

en cas d'accident,Étanchéité,…

Carburant Permettre à

un véhicule de parcourir une certaine distance

Sécurité

d'utilisation,Performances du véhicule,Polluants,…

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Définition de l'unité

fonctionnelle

L’unité fonctionnelle (UF) est la grandeur quantifiant la fonction du système sur la base de laquelle les scénarios sont comparés.

Quel est le service offert?

Tous les flux de l’inventaire sont rapportés à cette grandeur et sont calculés par unité fonctionnelle.

C’est une grandeur quantifiable, additive définie relativement à la fonction et identique pour tous les scénarios.

Exemples :Carburant : Parcourir un km sur cycle normalisé NEDC dans un véhicule particulier moyenLubrifiant : Limiter les frottements lors du sciage de 1000 m3 de bois

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Définition de l’unité

fonctionnelle

L’unité fonctionnelle (UF) : expression quantifiée d’une unité de service

comparaison de divers produits ayant la même fonctionen raisonnant à fonction équivalenteen incluant la durée effective d’utilisationcontenant une unité de produit, de fonction et de temps

Difficultés liées à la définition de l'UFpertinence de la comparaisonimpossibilité pratique de l'expression de l'UFperception des problèmes (oubli dans la définition de l'UF)

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Définition du système

Système: description de l'ensemble des processus (connectés entre eux par des flux et des produits intermédiaires) nécessaires à la réalisation d'une ou plusieurs fonctions.

Quelles sont les étapes du cycle de vie?

Le niveau de détail dans la modélisation du système sera choisit en fonction des objectifs de l’étude.

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Définition des frontières du système

Extraction Préparation Production Utilisation Fin de vie

Intermédiaires

Énergie

Ressources

Émissions

Émissions

« Du berceau à la porte »« Cradle to gate »

« Du berceau à la tombe »« Cradle to grave »

« De la porte à la tombe »« Gate to grave »

« De la porte à la porte »« Gate to gate »

Processus élémentaires

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Définition des flux de référence

Pour une unité de fonctionnelle, on détermine les flux de référence : la quantité de produit nécessaire pour remplir cette fonction.

Qu'est ce qui est utilisé

ou acheté

?

Les flux de référence :sont spécifiques à chaque scénariocorrespondent à ce qui est utilisé ou acheté pour assurer le service

Ces flux de références serviront de base pour effectuer l’inventaire des émissions et extractions

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Exemples de flux de référence

Produit ou système Unité

fonctionnelle Flux de référence Paramètres clés

Ampoule Éclairer 600 lumens pendant 6000 heures

1 ampoule à fluorescence 6 ampoules à incandescence

Durée de vie et puissance des ampoules

Carburant Parcourir 100 km sur cycle NEDC dans un véhicule type "Golf"

7,07 l d'essence5,10 l de gazole

PCI du carburantConsommation du véhicule

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Retour sur l'exemple des ampoulesProduit Fonction principale Fonctions secondaires

Scénario 1 Éclairer Qualité

de la lumière, Ambiance,Temps d'allumage, …Scénario 2

Produit UF = Service Flux de référence Paramètres clés

Coût

Ampoule à incand.

Éclairer 600 lumens pendant 6000 heures

6 ampoules +60W*6000h=360kWh

Lumen/Watt(utilisation)Lumen/gr.Type de mxDurée de vie

6x1€+360x0,1 =42€/UF

Ampoule à fluoresc.

1 ampoule (6000h)(env.160g) +11W*6000h=66kWh

1x10€+66x0,1 =16,6€/UF

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Arbre des procédés (exemple)

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Hypothèses complémentaires

Définition des limites temporelles et géographiquespratiques industriellesexigences législativeshabitudes des consommateurscaractéristiques environnementales (climat…)

Exclusion éventuelle de certaines étapesidentiques à deux produits comparésnégligeables dans le bilan global

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Limites du système : règles de cohérence

Règle 1 : Les limites du système doivent recouvrir la même réalitéfonctionnelle dans les différents scénarios (pas de limites géographiques).

Règle 2 : Seuls les processus qui contribuent à plus de x % des émissions, de la masse ou de l’énergie (dite aussi règle de coupure).

Règle 3 : Les étapes identiques dans les deux scénarios peuvent être exclues à condition que les flux de références affectés par ces processus soient strictement égaux (output totaux du système également identiques).

Tout de même intéressant d'estimer rapidement ces processus pour voir la contribution relative des étapes de production

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

AffectationNécessité d’une règle d’affectation

Présence de produits joints ou de coproduits dans de nombreux procédés de productionQuels impacts environnementaux du procédé doivent être alloués à quel produit ?Si l’ensemble des impacts est alloué au produit principal, les produits joints ou coproduits ont un impact neutre…

Règles d’affectationExtension des frontières du système(inclusion des coproduits dans la fonction du système)Allocation massique(affectation selon la masse des produits respectifs)Allocation énergétique(affectation selon le contenu énergétique des produits)Allocation économique(affectation selon la valeur marchande des produits)Autres règles (exergie, …)

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Plusieurs cas où

l’affectation est nécessaire

Coproduction

Cotraitement

RevalorisationBoucles fermées

Revalorisation interne au cycle de vieBoucles ouvertes

Cofonctions successives

Système AP

Charges CP

P1 P2 P3

Système AT

Charges CT

D1

D2

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Inventaire du cycle de vie

L’inventaire du cycle de vie inclut :

Le recueil et la validation des donnéesLe rattachement des données à l’unité fonctionnelleLe regroupement des données

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Exemple d'inventaire

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Collecte des données d’inventaire

Présentation des donnéesÉmissions dans l’atmosphèreÉmissions dans l’eauDéchets solides et assimilésConsommations d’énergie

RenouvelablesNon renouvelables

Utilisation des ressourcesRenouvelablesNon renouvelables

Utilisation de formulaires

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Évaluation de l’impact du cycle de vie (ACVI)

La phase d'ACVI doit comprendre les éléments obligatoires suivants:

sélection des catégories d'impact, des indicateurs de catégorie et des modèles de caractérisation;attribution des résultats de l'ICV aux catégories d'impact

sélectionnées (classification);calcul des résultats d'indicateurs de catégorie (caractérisation).

Définition de l’évaluation de l’Impact du Cycle de Vie selon la norme ISO 14040 :

Phase de l'analyse du cycle de vie destinée à

comprendre et évaluer l'ampleur des impacts potentiels d'un système de produits sur l'environnement au cours de son cycle de vie.

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Qu’est-ce qu’un impact dans une ACV ?

Un impact caractérise un changement du système cible sous l’action d’un système source

Sont considérés les effets successifssur le milieu physiquesur le milieu vivantsur l’écosystème

Dans les ACV, évaluation de l’impact potentielIncertitudeDifficulté de mesure

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Catégories d’impacts :Globale, Régionale, Locale

Critères globauxÉpuisement des ressourcesPotentiel de réchauffement global (PRG ou GWP)Potentiel de destruction d’ozone (PDO ou ODP)

Critères régionauxPotentiel d’acidificationUtilisation des sols

Critères locauxPotentiel de toxicité humaine et d’écotoxicitéPotentiel d’eutrophisationPotentiel de création d’oxydants photochimiques

Autres critèresNuisances (bruit, odeur, occupation de surface par les décharges, radiations ionisantes…)

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Classification des impacts

grouper les flux pour faciliter leur caractérisation

3 critèresExhaustivitéNon redondanceFaisabilité

2 classificationsPar milieu récepteur

Émissions dans l’airÉmissions dans l’eauÉmissions dans le sol

Par type d’impact

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Caractérisation des impacts : définition

Problème

: trouver une unité

commune pour agréger les différentes émissions et effectuer les comparaisons.

Création d’un indicateur de catégorie

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Mesure et calcul du GWP (Global Warming Potential)Contribution des substances gazeuses j émises par le sous-sytème i

Avec :Ii (kg éq. CO2) indicateur de la contribution du système imi

j (kg) masse de j émise par le système jGWPj (adim.) potentiel de réchauffement global de la substance jAj[t] (W) forçage radiatif instantané dû à une augmentation

unitaire de la concentration en jCj[t] (mg/Nm3) concentration de gaz i restant à t

[ ] [ ][ ] [ ]

∑∫∫∑

×

××=×=

jT

COCO

T

jjij

jj

ij

i

dttCtA

dttCtAmGWPmI

0

0

22

Indicateurs d’impacts : effet de serre

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

PRG courantsÉvaluation de l’effet relatif à

l’émission instantanée de 1kg de GES, en

comparaison avec le CO2

(GWP) sur une période de temps TGWP direct

(T=20 ans)GWP direct

(T=100 ans)GWP direct

(T=500 ans) GWP indirect

CO2 1 1 1 0

CH4 35 25 4 >0

N2

O 260 298 170 ?

CO 0 0 0 >0

NOX 0 0 0 ?

Hydrocarbures non méthaniques 0 0 0 >0

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Potentiel d’acidificationEffet :

Augmentation de la valeur du pH des précipitations du fait de la présence de gaz acides comme le dioxyde de soufre (SO2

) et les oxydes d’azote (NOx

).

Substance de référence :

Dioxyde de soufre (SO2

)Unité

de référence :

kg SO2

-équivalentSource :

CML, Heijungs, Centrum voor

Milieukunde

Leiden, 1992

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Potentiel d’eutrophisationEffet :

Excès de nutriment dans l’eau et le sol provenant de substances telles que le phosphore et l’azote présents dans l’agriculture, les procédés de combustion et les effluents.

Substance de référence :

Phosphate (PO4-

)Unité

de référence :

kg PO4-

-équivalentSource :

CML, Heijungs, Centrum voor

Milieukunde

Leiden, 1992

DEV/DE – Anne PRIEUR-VERNAT – Mai 2008

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Évaluation des impactsPotentiel d’acidification (AP)des principales

substances acides

Substance SO2 NO NO2 NH3 HCl HF

AP 1 1,07 0,70 1,88 0,88 1,60

Potentiel d’eutrophisation (NP)des principales substances azotées et phosphorées

Substance N NO NO2 NO-3 NH+

4 P PO3-4

NP 0,42 0,20 0,13 0,10 0,33 3,06 1,00

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Récapitulatif des éléments de l’évaluation de l’impact du cycle de vie

Classification :Attribution des résultats de l’ICV à

la ou aux catégorie(s)

d’impact auxquelles ils contribuent.

Caractérisation :Conversion des résultats de l’ICV en unités communes et agrégation des résultats convertis dans la catégorie d’impact.

Normalisation :Calcul du niveau de l’indicateur de catégorie relativement à

une

valeur de référenceComparaison avec la valeur de référence.

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Étapes finales de l’ACV

InterprétationSur la base des résultats d’inventaire et de l’évaluation de l’impact, l’analyse et l’interprétation de l’étude sont réalisées. Ce sont les éléments fondamentaux de discussions ultérieures ou d’optimisation du système.

RapportNécessité

de définir les lignes directrices du rapport (cf. ISO

14044).

Revue critiqueÉtape optionnelle pour les études internes. Si une étude compare des produits en concurrence et doit être publiée, une revue critique est obligatoire.

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Dernière étape : la revue critique

Etape ultime d'une ACV

Effectuée par un organisme indépendant / ou en interne

Garantit que l'ACV réalisée suit les recommandations de la norme

Permet de publier l'étude

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les APPLICATION DANS L’INDUSTRIE AUTOMOBILE

Applications pratiques

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

51

Contexte et enjeux de la motorisation automobile

Sur le plan sociétall ’automobile répond à un besoin fondamental de mobilité individuellel ’industrie automobile représente des centaines de milliers d ’emploisles transports constituent un risque pour le développement durable

consommation énergétique (70% des produits pétroliers dans l ’UE)émissions de CO2 (+19% en 10 ans dans l ’UE)pollution locale gazeuse, particulaire et sonoreencombrement spatial, sécurité

Sur le plan industriella situation actuelle conduit à :

normes: antipollution, sécurité, recyclage, bruit,…concurrence féroce ==> besoin de différenciation, réduction des coûts, multiplication des modèles et réduction des délais de conception

la mondialisation de l ’industrie automobile est lancée

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

52

Enjeu Besoin croissant des NON OCDE

Parc automobile mondiale :

un triplement d'ici 2050

Scénario tendanciel sans changement de contexte....

Fin du modèle mixte ?

Rejet de la voiture ?

Sofres 2003 : 80 % des personnes

estime la possession

d'un véhicule indispensable ...

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

53

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

54

Effet Population et taux d'équipement

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

$0 $1 $10 $100

per-capita GDP (Thousands of 2000US$)

pass

enge

r car

s pe

r per

son

aged

15

or m

ore

Burundi India Morocco

Thailand

Panama

Chile

Mexico

South Korea

Spain

Australia

France

Sw eden

USA

World

Developed

less Developed

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

2015

2020

2025

2030

2035

2040

2045

2050

Taux d'équipement en fonction du PIB :

OCDE : 500 à 800 véhicules pour 1000 habitants

NON OCDE : 13 à 300

Population mondiale

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

56

Options pour gérer la consommationRéponsessociétales

• Transports alternatifs

• Urbanisme / Péage Ville

• Taxes

• Bonus malus

• Location / partage ...

RéponsesTechnologiques• Performance

moteurs

• Carburants diversifiés

• Hybridation

• V. Électrique ...

Déterminants

Déplacements

Conso.

unitaire

Parc

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

57

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

58

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Quels véhicules, à

quelle échéance ?

Véhicules électriques

2000 2010 2020 2030

MO

TOR

ISA

TIO

NS

Moteurs à combustion interne :- réduction de la consommation par downsizing (potentiel : 20% essence, 5% diesel)- dépollution des moteurs diesel : filtres à particules, pièges à NOx, SCR, etc.

Moteurs dédiés au gaz naturelVéhicules flex-fuelInjection directe essenceDistribution variable (optimisation de la combustion et du rendement)Véhicule hybride essenceIntroduction du mode de combustion HCCI (diesel)

Véhicules hybrides (gazole, gaz naturel)

Hybrides rechargeables Amélioration de la combustion essence (CAI)

Pile / hydrogèneHybride / hydrogène

Moins de polluants et moins de CO2

CA

RB

UR

AN

TS Essence et gazole (avec amélioration continue des caractéristiques)

GNV, éthanol, Biodiesel

Gazole de synthèse ex-gaz, éthanol ex-paille et bois, biogaz

Gazole de synthèse ex charbonBiodiesel de synthèse

Hydrogène

Légende :

Montée en puissance entre les 1ers modèles

et un nombre significatif sur le

marché (5 à 10%)

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Utilisation de l'ACV dans l'industrie automobileÉvolutions récentes

• Sévérité accrue des réglementations

• Améliorations

• confort acoustique et vibratoire

• sécurité

Contraintes contradictoires

• Diminution de la consommation

• Augmentation de la masse

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Principes méthodologiques des Analyses de Cycle de VieLes bilans "du puits à la roue"Méthodologie visant une analyse environnementale exhaustive ...

incluant toutes les étapes du cycle de vie d'un produit ou servicedepuis l'extraction des ressources primaires jusqu'à l'utilisation et la fin de vie du produit ou serviceanalyse "du berceau à la tombe"; application aux carburants/véhicules désignée par "bilan du puits à la roue" ("Well-to-Wheels" / WTW)

incluant l'évaluation de tous les impacts sur l'environnementIntensification de l'effet de serre, déplétion des ressources non renouvelables mais également potentiels d'acidification, d'eutrophisation, toxicité humaine et écotoxicité, formation de photo oxydants etc.

... de sorte d'identifier d'éventuels transferts de pollutiond'une étape de la filière vers une autre (en amont ou en aval) ou d'une catégorie d'impact vers une autre (ex : diminution des émissions de GES et augmentation des polluants locaux)

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Principes méthodologiques des Analyses de Cycle de Vie

Cycle de vie du carburantCycle de vie du véhicule

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Principes méthodologiques des Analyses de Cycle de Vie (3/3)

Bilans classiques du puits à la roue de véhicules conventionnels essence ou dieselexcluent le cycle véhicule (i.e. fabrication des composants du véhicule, assemblage, et fin de vie du véhicule / recyclage partiel des matériaux)

Justification : Si l'objectif est de comparer les bilans de différentes adéquations véhicules conventionnels / carburants, la contribution du cycle véhicule est jugée équivalente pour tous les systèmes (véhicules essence ou diesel) et peut donc être exclue (elle n'intervient pas dans la différenciation des systèmes)MAIS si l'objectif est d'évaluer un cycle véhicule/carburant dans l'absolu (cas rares en pratique) et non par comparaison : le cycle véhicule doit être considéré car contribution non négligeable dans les bilans WTW

sont très majoritairement limités à l'évaluation des émissions de GES et des consommations d'énergie non renouvelable

Spécificités liées à l'évaluation des véhicules électriquesContribution nulle de la partie "réservoir à la roue" dans bilans des émissions (zéro émission àl'échappement) alors qu'étape majoritaire pour véhicules/carburants conventionnels fossilesForte variabilité des bilans WTW (pour un même carburant i.e. électricité : modes de production aux impacts très différents)Service rendu par le VE (km parcouru) n'est pas équivalent au service rendu par un véhicule conventionnels (performances différentes notamment autonomie, accélération)

Ceci explique pourquoi le VE n'est pas intégré à l'étude WTW EU de référence JRC/EUCAR/CONCAWE

Nécessité absolue d'intégrer le cycle véhicule dans toute analyse du VE que ce soit pour une évaluation "dans l'absolu" ou pour une comparaison avec des systèmes conventionnels (carburants / véhicules essence ou diesel)

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Spécificités de l'ACV dans l'industrie automobile

Impacts environnementaux de l'industrie automobilerejets atmosphériques et consommation énergétique : UTILISATIONdéchets : FIN DE VIE DU VÉHICULE

L'ACV chez les constructeurs automobilesOutil global de comparaison : nécessité pour les constructeurs de la prise en compte globale de l'environnement

Difficulté de mise en œuvre

Durée et coût d'une étude ACV

Maîtrise des résultats

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Perspectives d'évolution de la méthodologie

Outil argumentaire pour la comparaison des filièresscénario de fin de vieproduction et fabricationcarburants alternatifs

Outil d'aide à la décision en conceptionconception d'un composantconception du véhicule complet

Outil prospectifinfluence des évolutions des nouvelles réglementationsinfluence des nouvelles technologies et des nouveaux équipements

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Rapport coût / bénéfices d'une ACV

Coûts d'une ACVCoût interne

temps passé pour le suivi de projettemps passé pour la collecte de donnéestemps passé pour la validation et la diffusion

Coût d'un consultant éventuelinterventions possibles aux différentes étapesrevue critique

Bénéfices d'une ACVAugmentation des gains environnementaux

réduction des émissions et rejetsréduction des consommations

Anticipation et réduction des risques

Acquisition d'une expertiseconnaissance des systèmesconstitution d'une base de données

Importance de s'assurer de la pertinence de la réalisation d'une ACV

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Faut-il faire une ACV ?

Y a-t-il un sens à

traiter le problème en réalisant une analyse environnementale quantitative

le long d'une cycle de vie, relative

à un produit, un service ou une technologie

?

3 expressions importantes :

"produit, service et technologie" : pas "site"

"quantitative" : pas d'aspects "qualitatifs"

"cycle de vie" : passage des impacts locaux sur l'environnement à une connaissance des impacts sur l'ensemble du cycle de vie

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Passage du "local" au "global"Du local... ... au global

Objectif : "suivre les évolutions de la réglementation"

Réduction d'un flux sur un site

Conséquence : les choix de solutions pour réduire un flux peuvent entraîner :

• l'augmentation de ce flux à une autre étape

• l'augmentation de rejets d'autres flux

Réduction d'un flux le long du cycle de vie

• évite des transferts de pollution entre les sites et/ou les étapes du cycle de vie

• permet de trouver les meilleurs leviers d'action entre les étapes

Inventaire de l'ensemble des flux pertinents le long du cycle de vie

• évite des transferts de pollution entre les milieux (par exemple air vers eau)

• permet le calcul d'impacts pour hiérarchiser les actions entre les flux d'un même milieu

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Les démarches «

du puits à

la roue

»(Well

to Wheel)

La démarche du « puits à la roue » prend en compte l’ensemble des étapes du cycle de production des

carburants de l’extraction des matières premières à l’utilisation du carburant dans l’automobile

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Application au transport automobile

Extraction et transformation des matières premièresToutes les étapes d'acquisition des ressources et de leur transformation en matières utilisables pour la fabrication

FabricationProduction des piècesAssemblage du véhicule

UtilisationBilan sur toute la durée de vie du véhicule

Fin de vieDestruction, recyclage et traitement des déchets

4 étapes de base...

... mais un cycle complet complexe

Fabrication du véhicule

Distribution du véhicule Fonctionnement Fin de vie

Traitement

Déchets Énergie Émissions

Filière véhicule

Filières matériaux

Filière carburantÉmissions

Déchets

Gestion des déchets

ÉmissionsÉnergie

ÉmissionsÉnergie

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Nécessité

de différencier plusieurs types d'études

Du fait de la complexité de ce type d'étude, analyse de sous-ensembles

ExemplesBilan de gaz à effet de serre de système de climatisation

Matériaux pour la carrosserie du véhicule

Carburants alternatifsce sont les études "du puits à la roue" ou "well to wheel"

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Les calculs «

du puits à

la roue

»(Well

to Wheel)

MJ consommé/MJ de produit sortant

g de GES/MJ de produit sortant

MJ de carburant consommé/km

= E2

g de GES/km = G2

g de GES/MJ de carburant = G1

MJ consommé/MJ de produit sortant

g de GES/MJ de produit sortant

MJ consommé/MJ de produit sortant

g de GES/MJ de produit sortant

MJ de carburant consommé/MJ de carburant = E1

Du puits au réservoir Du réservoir à la roue

E = E1 x E2 + E2

G = G1 x E2 + G2

MJ de carburant consommé/km

= E

g de GES/km = G

Bilan du puits à la roue

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Mise en oeuvre de la méthodologie

ObjectifsBilan d'énergie et de GES sur un grand nombre de carburants et de types de véhicule en Europe à l'horizon 2010Étudier la viabilité de chaque filière et estimer leur coûtFaire accepter ces résultats comme référence à l'échelle européenne

Définition des carburantsConventionnelsEx gaz naturelEx charbonEx biomasseHydrogène

Définition des véhiculesConventionnelsPACHybrides

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

MCI+GTL

MCI Hybride+GTL

MCI+DME

MCI Hybride +DME

MCI+BTLMCI Hybride+BTL

MCI Hybride+GN

MCI+Ethanol

MCI Hybride+EthanolMCI+Diester

MCI Hybride+Diester

MCI+GN

g C

O2

éq./k

m

L éq. essence/100 kmSource : JRC/EUCAR/CONCAWE, Janvier 2004

0

50

100

150

200

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

MCI+EssenceMCI+Gazole

MCI hybride+essence

MCI Hybride+gazole

PAC+H2 liquéfié ex électricité EU-mix

PAC+H2 comprimé ex-électricité EU-mix

PAC+H2 compriméex-charbon centralisé

PAC reformeur+essence

PAC+H2 liquéfié ex GN centralisé

PAC+H2 comprimé ex GN sur site

PAC+H2 comprimé ex GN

centralisé

PAC+H2 comprimé ex-électricité Nuc.PAC+H2

comprimée ex boisPAC+H2 comprimé ex-

électricité éolien

Comparaison des résultats WTW technologies 2010

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

DEV/DE – Anne PRIEUR-VERNAT – Mai 2008

Limites méthodologiques

Source : "Well-to-Wheels analysis of future automotive fuels and powertrains in the European context", WTW Report, Version 2c, March 2007

1ère génération : Biodiesel (EMHV)

2ème génération : Diesel de synthèse (BTL)

2ème génération : Éthanol ex biomasse lignocellulosique

1ère génération :

Éthanol

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Essence conventionnelle

ex - blé

ex - betterave

ex - canne à sucre (Brésil)

Déchets forestiers

Taillis à Courte Rotation (TCR)

Paille de blé

Diesel conventionnel

ex - colza

ex - tournesol

Déchets forestiers

Taillis à Courte Rotation (TCR)

Véhicule Diesel en 2010

Véhicule Essence en 2010

91 %

93 %

64 %

39 %

88 %

74 %

78 %

87 %

32 %

30 %

Réduction des émissions de GES par rapport à la référence Diesel

Réduction des émissions de GES par rapport à la référence Essence

91 %

88 %

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Sensibilité

des résultats au mode d'affectation des impacts

Nécessité d'un cadre méthodologique

Source : Calcul DEE

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Quand la question de l'affectation se pose-t-elle ? Cas de l'éthanol

GESÉnergieQuelle répartition entre les 2 produits ?

Pulpes,

Drèches

Alimentation animale

Énergie

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

1ère

méthode d'affectation :Utilisation d'un prorata

Prorata massique : affectation selon la masse des produitsProrata énergétique : affectation selon le contenu énergétique des produitsProrata économique : affectation selon la valeur économique des produits (e.g. le prix auquel le producteur peut les vendre)

Pulpes,

Drèches

Alimentation animale

Énergie

( )total

CoprEtOH

EtOHEtOH GES

mmmGES ×+

=.totalGES ( )

totalCoprEtOH

EtOHEtOH GES

EEEGES ×+

=.

( )total

CoprEtOH

EtOHEtOH GESGES ×

+=

.€€€

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Avantages et inconvénients des prorata

Méthode d'allocation simple

Mais...pertinence : pas toujours de lien entre l'affectation et les impacts respectifs réels des produits et coproduits sur les émissionspas toujours applicable directement (e.g. coproduction d'électricité et prorata massique)prorata variable dans le temps (e.g. prorata économique)

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

2ème

méthode d'affectation :Prise en compte des impacts évités

Pulpes,

DrèchesAlimentation animale

totalGES

évitéGES

Tourteaux de soja Alimentation animaleSoja

Trituration

Substitution des

coproduits

évitétotalEtOH GESGESGES −=

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Avantages et inconvénients de la substitution

Méthode d'allocation traduisant au mieux les impacts réels d'une filière

Possibilité de description fine des situations aux échelles localesPrise en compte des usages réels des coproduits

Mais...Difficile à mettre en oeuvre, du fait du grand nombre de données supplémentaires nécessairesVariabilité des résultats en fonction de la filière substituée

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Pourquoi la problématique "éléctrique"

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Un rappel des enjeux de l’électrification

Source Moveo DOS EE 2009

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Un rappel des «

espoirs

»

de l’électrification

Source Moveo DOS EE 2009

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Évaluation environnementale du cycle véhicule / État de l'art (1/5)Bilans du cycle véhicule établis à partir de :

la liste des composants du véhicules (pour prise en compte des impacts amont liés à la production des matières premières)

Type de matériaux et poids associésPart recyclée pour chacun des matériaux

consommations d'énergie liées à l'assemblage / fabrication du véhiculedistance sur laquelle on choisit d'amortir les impacts du cycle véhicule (durée de vie)

Sensibilité forte des bilans du puits à la roue à l'hypothèse "durée de vie" (kilomètres parcourus)

Explique souvent, à elle seule, les écarts entre les résultats de différentes études

Toyota : sur 100 000 kmANL : sur 257 500 km

Exemple : Étude "Dust to Dust : The energy cost of new vehicles from concept to disposal", CNW Marketing, 2007

Hummer H1 : 379 000 miles parcourus sur durée de vieToyota Prius : 109 000 miles !

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Bilans GES et consommations d'énergie des cycles véhiculesconventionnels (essence ou diesel), hybrides et pile à combustible : plusieurs références, principalement américaines

e.g. Argonne National Laboratory 2006 (P. Moon, M. Wang), MIT 2008 (M.A. Kromer, J.B. Heywood), Université de Californie 2004 (M. A. Delucchi)

véhicule électrique : moins de références

Une seule référence identifiée (Argonne National Laboratory 2006) sur les bilans de polluants autres que GES (SOx, PM10) des cycles véhicules (travaux basés sur l'outil GREET développé par l'ANL)

Contribution significative mais non majoritaire dans les bilans du puits à la roue(consommations d'énergie et bilan des émissions de GES / véhicules conventionnels)

NB : La substitution de certains des matériaux du véhicule conv. par des matériaux plus légers (aluminium, composites, etc.) entraîne l'augmentation des bilans GES et énergétique du cycle véhicule

Référence Pays Type d'impact Type de véhicule Part du cycle véhicule

Véhicule conv. 1482 kg (moteur à combustion interne)

9% du bilan du puits à la roue (~ 2,1 tep/véhicule)

Véhicule léger 1049 kg (moteur à combustion interne)

13% du bilan du puits à la roue (~ 2,7 tep/véhicule)

Véhicule conv. 1482 kg (moteur à combustion interne)

9% du bilan du puits à la roue (~ 6,7 tCO2eq/véhicule)

Véhicule léger 1049 kg (moteur à combustion interne)

13% du bilan du puits à la roue (~ 8,2 tCO2eq/véhicule)

Renault, 2007

Cycle véhicule amortisur 150 000 km

France GES Véhicule conventionnel (essence ou diesel)

15% à 20% du bilan du puits à la roue selon la taille du véhicule

(~ 6 tCO2eq/véhicule)

P. Moon et al. (Argonne National Laboratory), 2006, "Vehicle-Cycle Energy and Emission Effects of Conventional and Advanced Vehicles"

Cycle véhicule amortisur 257 500 km

Consommations d'énergie

GES

USA

Évaluation environnementale du cycle véhicule / État de l'art (2/5)

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Contributions en OG aux bilans GES et énergétiquepour un véhicule essence ou diesel actuel (carburant 100% fossile)

~ 10 %

15 à 20 %

70 à 75 %

Évaluation environnementale du cycle véhicule / État de l'art (3/5)

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Spécificités des véhicules hybrides et électriques : nouveaux composants (batterie) nécessitant des matériaux différents

Véhicule hybride 91 kW ICE et batterie NiMH 23kW (ANL, 2006)Bleu : Production des matériauxVert : Production et fin de vie des fluides (refroidissement, huile , liquides de frein, de transmission etc.)

Bilans cycle véhicule hybride

vs. celui du véhicule ICEV

(~

même poids)

Bilan GES

Bilan conso énergie

Bilan émissions SOxBilan émissions PM10

Jaune : Assemblage, peinture, fin de vie et recyclageRouge : Batteries (production et fin de vie)

Rq : Émissions SOx associées aux batteries NiMH = émissions liées à

l'extraction & production de nickel, cuivre et autres métaux rares.

Véh. léger(~ 1050 kg)

GI HEV

Type de batterie NiMH Li-Ion NiMH Li-Ion NiMH

Émissions de GES + 7,5 % + 6 % + 18 % + 12 % + 5 %

Consommations d'énergie NR + 10 % + 9 % + 20 % + 15 % + 5 %

Émissions de PM10 + 9 % n.d. n.d. n.d. + 5 %

Émissions de SOx + 70 % n.d. n.d. n.d. + 39 %

GI HEV Plug-in HEV

Véh. standard(~ 1450 kg)Bilans HEV vs. ICEV

Évaluation environnementale du cycle véhicule / État de l'art (4/5)

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

ANL, NREL et Pacific Northwest Laboratory (1998)Contribution importante de la production des batteries dans les bilans du cycle VE (consommations d'énergie et émissions) par rapport aux autres composants (poids et remplacement au cours du cycle véhicule) Sur le cycle de vie complet (véhicule + carburant /énergie) : Augmentation des impacts environnementaux liés aux émissions atmosphériques (polluants locaux) par rapport au véhicule conv. ICEV essence

du fait de l'augmentation de ces impacts sur la partie "cycle de vie du véhicule"

MIT (SAE 2008) "A comparative Assessment of Electric Propulsion Systems in the 2030 US Light-Duty Vehicle Fleet"

Pour les calculs sur le cycle véhicule : données extraites de GREET et travaux ANLÉmissions de GES : + 48%Consommations d'énergie : +61%

Contribution du cycle véhicule dans les bilans du puits à la roue avec mix électrique US 2030 défini par DOE-EIA : de l'ordre de 20% (bilans GES et énergie)

Remarque : cycle véhicule non comptabilisé dans les bilans CO2

réalisés par EDF (Levandowski 2008)

Véhicule électrique

Cycle VE comparé au cycle véhicule ICE 2030

Évaluation environnementale du cycle véhicule / État de l'art (5/5)

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

90

Life Cycle Inventory

: Vehicles

LCI of vehicles under study:LCI data available for reference ICEApply to the LCI of the reference vehicles "ratios" extracted from bibliography for HEV, PHEV and EV

Reference ICE : Golf A4 (from EcoInvent database)

HEV, PHEV, EV :Technical characteristics of vehicles extracted from bibliography aVehicles specifications used as input in the GREET 2.7 model (from Argonne) in order to obtain the "ratios"

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Les véhicules évalués

91

GV/DV HEV PHEV BEVVehicle mass (kg) 1255 1357 1372 1617

Battery

Mass (kg) - 15 30 300Battery

energy

(kWh) - 1 5 30

Battery

power (kW) - 27 43 150

Battery technology - Li-Ion Li-Ion Li-Ion

AER (km) - 0 20km 200 km

Li-Ion is considered as standard battery for all PHEV and HEV in 2030The bigger the AER is, the heavier weight the car

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

92

HEV Li-Ion PHEV BEV

Total energy + 13% + 13% + 25%GHG + 15% + 16% + 27%NOx: Total + 10% + 11% + 19%

PM: Total + 11% + 12% + 26%SOx

: Total + 59% + 60% + 106%Warning regarding the use of those data:-

Relevance of PHEV, HEV and in

particular BEV (different from the vehicle that will develop in Europe in

2030)-

GREET is a model used for the USA

(electricity mix, raw material production, car composition...)

Evolution in percent relative to the ICE reference

General statements:All impacts increase vs ICENo real difference between HEV and PHEVVariation vs. ICE depends on the emission consideredRanking of vehicles is the same whatever the emission considered

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Hypothèses sur le cycle véhicule (ordres de grandeur pour un véhicule moyen)

Amortissement sur 200 000 km (valeur ~ moyenne entre ANL et Renault)Véhicule conventionnel :

Bilan GES : 6 tonnes de CO2eq / véhicule (Renault)Bilan énergie totale : 2 tep / véhicule i.e. 83.8 GJ / véhicule

Véhicule électrique :Bilan GES : +50% vs. à véhicule conv. (MIT) soit 9 tonnes de CO2eq / véhicule Bilan énergie totale : +60% vs. véhicule conv. (MIT) soit 3.2 tep / véhicule i.e.134.1 GJ / véhicule

Non prise en compte des consommations d'énergie et GES associées àla distribution de l'électricité (station)

Hypothèses pour calculs IFPBilans GES et énergétique du puits à

la roue du véhicule électrique

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Bilans GES et énergétique du puits à

la roue du véhicule électrique

Bilans WTW des références essence et diesel : JRC/EUCAR/CONCAWE 2007

Bilans GES et énergétique de la production d'électricité : plusieurs méthodologies de calculs possibles

Bilans des mix moyens de production nationaux et européen : BDD ACV ECOINVENT 2.0 (2007)Bilans pour chacun des modes de production Méthodes de calculs développées par l'ADEME et RTE (émissions de CO2 seules et non GES)

Contenu CO2 moyen du kWh par usage (pour bilans de situations existantes et figées)Contenu CO2 marginal (et non moyen) du kWh (pour orientations de décisions impliquant des comportements àcourte durée de vie)

repose sur l'identification du ou des équipements de production sollicités pour un nouvel usage de l'électricité (moyen de production le moins cher disponible à la hausse), en prenant en compte la dimension européenne (interconnexion des réseaux)Productions fatales i.e. éolien + hydraulique au fil de l'eau -> nucléaire -> charbon -> CCG -> fioul et TAC

Contenu CO2 marginal (et non moyen) du kWh avec vision dynamique (pour évaluation prospective de l'impact des politiques publiques et d'actions à moyenne / longue durée de vie)

contenu CO2 prospectif avec prise en compte de l'évolution à venir du parc européen

Consommation du véhicule électrique : fourchette de valeurs IFP 150 à 220 Wh/km (barre d'incertitude dans les diagrammes) avec moyenne à 185 Wh/km

Données de base pour calculs IFP et sources associées

Valeur utilisée pour bilans CO2 des VE réalisés par EDF en 2008 (valeurs pour les usages en base i.e. 40gCO2 /kWh)

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Bilans GES et énergétique du puits à

la roue du véhicule électrique Bilans des mix de production électrique

Mix contrastés de production d'électricité en 2004

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Allemag

nePolog

ne

France

Suède

Espag

ne

Italie

Europe USA

Con

tribu

tion

Ex - Charbon Ex - Gaz naturelEx - Fioul NucléaireEx - Lignite Ex - Gaz industrielHydraulique PhotovoltaiqueÉolien Ex - biomasse (bois, déchets)

Evaluation du bilan GES de différents mix constrastés de production

d'électricité en 2004

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

Allemag

nePolo

gne

Franc

eSuè

deEsp

agne

Italie

Europe USA

Bila

n G

ES (g

CO2e

q / M

J el

ec)

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Bilans GES et énergétique du puits à

la roue du véhicule électrique Bilan des mix de production électrique

Mix contrastés de production d'électricité en 2004

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Allemag

nePolog

ne

France

Suède

Espag

ne

Italie

Europe USA

Con

tribu

tion

Ex - Charbon Ex - Gaz naturelEx - Fioul NucléaireEx - Lignite Ex - Gaz industrielHydraulique PhotovoltaiqueÉolien Ex - biomasse (bois, déchets)

Evaluation des bilans énergétiques de différents mix contrastés de production

d'électricité en 2004

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

Allemag

nePolo

gne

Franc

eSuè

deEsp

agne

Italie

Europe USA

Con

som

mat

ions

d'é

nerg

ie (M

J / M

J el

ec)

Consommation d'énergie totaleConsommation d'énergie non renouvelable

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

2030 Electricity

mix

97

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

EU 27 France Germany Spain Italy Sweden

% o

f net

Gen

erat

ion

capa

city

Geothermal heatBiomass-waste firedOilGasSolidsOther renewablesSolarWindHydroNuclear energy

High CO2

content

50% fossil

energies60% fossil

energies70% fossil

energies

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

2030 Electricity

mix

98

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

EU 27 France Germany Spain Italy Sweden

% o

f net

Gen

erat

ion

capa

city

Geothermal heatBiomass-waste firedOilGasSolidsOther renewablesSolarWindHydroNuclear energy

Low

CO2

content

85% Low CO2

Energies

60% Low CO2

Energies

85% Low CO2

Energies

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Bilans GES et énergétique du puits à

la roue du véhicule électrique

Bilans avec mix de production d'électricité

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

Véhicule conv. Essence

Véhicule conv. Diesel

VE - Mix Europe

VE - Mix Allemagne

VE - Mix Pologne

VE - Mix France

VE - Mix Suède

VE - Mix Espagne

VE - Mix Italie

VE - Mix USA

Emissions de GES (gCO2eq / km parcouru)

Cycle véhicule Du puits au réservoir Du réservoir à la roue

26%

8%

- 39%66%

71%

24%

11%

- 1%

Gain GES WTW vs. réf diesel

Plages de valeurs des bilans CO2 WTW EDF (2008) pour VE en France et Europe

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Bilan CO2

(et non GES) de la production d'électricité

selon méthodes ADEME / RTE (2005-2007)

Retour

1. Contenu moyen CO2 du kWh par usage

2. Contenu marginal en CO2 du kWh par usage

3. Contenu marginal en CO2 du kWh par usage avec vision dynamique

Usages en base : 450 à 550 g/kWh

Chauffage électrique : 500 à 600 g/kWh

Usages intermittents et éclairage : 600 à 700 g/kWh

Usages en base : ~ 400 g/kWh en 2020

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Bilans GES et énergétique du puits à

la roue du véhicule électrique

Approche marginale : bilans par modes de production + chiffres CO2

ADEME/RTE (contenu marginal)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360

Véhicule conv. Essence

Véhicule conv. Diese l

VE - ADEME/RTE - Usages en base

VE - ADEME/RTE - Usages intermittents

VE - Mix Europe

VE - Mix France

VE - Elec ex - charbon

VE - Elec ex - lignite

VE - Elec ex - fioul

VE - Elec ex - gaz na ture l

VE - Elec nucléa ire

VE - Elec éolienne

VE - Elec hydraulique

VE - Elec photovolta ique

Emissions de GES (gCO2e q / km parcouru)

Cycle véhicule Du puits au réservoir Du réservoir à la roue

Contenus CO2 marginaux

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Bilans GES et énergétique du puits à

la roue du véhicule électrique

Bilans avec mix de production d'électricité

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

Véhicule conv. Essence

Véhicule conv. Diesel

VE - Mix Europe

VE - Mix Allemagne

VE - Mix Pologne

VE - Mix France

VE - Mix Suède

VE - Mix Espagne

VE - Mix Italie

VE - Mix USA

Consommations d'énergie totale (MJ / km parcouru)

Cycle véhicule Du puits au réservoir Du réservoir à la roue

68%

30%

44%

19%

50%85%

55%

45%

Augmentation du bilan WTW vs. réf diesel

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Bilans GES et énergétique du puits à

la roue du véhicule électrique

Bilans pour différents modes de production d'électricité

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

Véhicule conv. Essence

Véhicule conv. Diese l

VE - M ix Europe

VE - M ix France

VE - Elec ex - charbon

VE - Elec ex - lignite

VE - Elec ex - fioul

VE - Elec ex - gaz nature l

VE - Elec nucléaire

VE - Elec éolienne

VE - Elec hydraulique

VE - Elec photovoltaique

Consommations d'énergie totale (MJ / km parcouru)

Cycle véhicule Du puits au réservoir Du réservoir à la roue

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Bilans GES et énergétique du puits à

la roue du véhicule électrique

Bilans avec mix de production d'électricité

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

Véhicule conv. Essence

Véhicule conv. Diesel

VE - Mix Europe

VE - Mix Allemagne

VE - Mix Pologne

VE - Mix France

VE - Mix Suède

VE - Mix Espagne

VE - Mix Italie

VE - Mix USA

Consommations d'énergie non renouvelable (MJ / km parcouru)

Cycle véhicule Du puits au réservoir Du réservoir à la roue

61%

18%

28%

- 20%

42%

81%

48%

32%

Augmentation du bilan WTW vs. réf diesel

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Bilans GES et énergétique du puits à

la roue du véhicule électrique

Bilans pour différents modes de production d'électricité

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

Véhicule conv. Essence

Véhicule conv. Diesel

VE - Mix Europe

VE - Mix France

VE - Elec ex - charbon

VE - Elec ex - lignite

VE - Elec ex - fioul

VE - Elec ex - gaz naturel

VE - Elec nucléaire

VE - Elec éolienne

VE - Elec hydraulique

VE - Elec photovoltaique

Consommations d'énergie non renouvelable (MJ / km parcouru)

Cycle véhicule Du puits au réservoir Du réservoir à la roue

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Sensibilité

aux types de trajetTableau 9.1 – Impacts du cycle de vie des véhicules : sources et résultats

150 000 km Véhicule conventionnel

Véhicule hybride

(1 batterie)

Véhicule hybride

(2 batteries) Sources

Caractéristiques véhicules 1200 kg

MT essence atmo 80 kW

Hybride sustaining MT essence atmo 59 kW

Machine 20 kW Batterie 1,3 kWh

IFP Energies nouvelles

kgCO2eq / véh.(% p/r conventionnel)

5433 Fabrication véh. : 78%

Maintenance : 14% Fin de vie : 8%

6123 (+12,7%)

6734 (+24%) Émissions

de GES

gCO2eq / km parcouru 36,2 38,7 44,9

Conv : IFP Energies nouvelles à partir de [Spielmann 07] VH : IFP Energies nouvelles à partir de [Spielmann 07; Wang 07]

tep / véh. (% p/r conventionnel)

2,64 Fabrication véh. : 78%

Maintenance : 20% Fin de vie : 2%

2,9 (+9,8%)

3,17 (+20%)

Consommations d'énergie primaire totale MJ / km

parcouru 0,73 0,80 0,88

Conv : IFP Energies nouvelles à partir de [Spielmann 07] VH : IFP Energies nouvelles à partir de [Spielmann 07; Wang 07]

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Sensibilité

aux types de trajet

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

L'enjeu spécifiques des batteries

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

L'enjeu spécifiques des batteries

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

L'enjeu spécifiques des batteries

une chaine complexe aussi dans une optique ACV

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

L'enjeu spécifiques des batteries...durables

Les résultats du projet européen "Susbat"de la fin du Ni-C au Li (ion, métal...)une réduction des consommations énergétiques spécifiques pour la productionla question du recyclage: énergie versus "matières premières"le rendement des batteries la durée de vie ou la "seconde vie"

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Conclusion

En cas de comparaison VE avec véh. conv : importance de prise en compte du cycle véhiculele VE une option si l'électricité est renouvelable pour répondre à l'objectif d'incorporation de l'UE en matière d'ENR. dans les transports (directive RED)Perspectives : évaluer d'autres impacts environnementaux.slide WWF sur VE vs. CtL : captage possible des émissions aux niveaux des centrales électriques.

émissions concentrées sur prod élec : CCS plus efficace que sur filière conventionnelles

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Conclusions

L’ACV, les limitesPas d’analyse des aspects économiques et sociauxAgrégation spatiale et temporelleHypothèse: système statiqueImpacts linéaires (proportionnels aux flux)Pas de prise en compte des effets rebonds ou seuil

Nombreux travaux en cours en vue d'améliorer ces méthodologies, notamment pour les adapter au mieux aux systèmes évalués

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

Conclusions Étude pilotée par PP sur ACV des VE ( VHR et VH )

Lancement début 2011 Champs de l'étude:

VP et VULHORIZONS TEMPORELS 2012 ET 2020+CYCLES ET TYPES D'USAGE: domestique et professionnelPROFILS DE RECHARGEMIX ELECTRIQUE : France et EuropeRECYCLAGEIMPACTS: GES.../...

Comité de pilotage : ADEME, MEEDDM, Ministère Industrie, Ministère de la Recherche et TechnologieComité technique : Industriels (constructeurs automobiles, batteries, électriciens), instituts scientifiques et techniques (dont IFPEN) , ONG Réalisation : sélection consultant ACV via AOÉchéance visée : Fin 2011

Énergies renouvelables | Production éco-responsable | Transports innovants | Procédés éco-efficients | Ressources durables

©20

11 -

IFP

Ene

rgie

s no

uvel

les

©20

10 -

IFP

Ener

gies

nou

velle

s

Énergies renouvelables | Production éco-responsable | Transports innovants | Procédés éco-efficients | Ressources durables