voiture thermique / voiture électrique / voiture hybride

[FDFD]

J’ai essayé ici de comparer 3 types de voitures particulières en termes d’énergie primaire ou nucléaire consommée. Nos voitures thermiques (VT) actuelles servent de référence pour évaluer l’impact de la voiture électrique (VE) et de la voiture à récupération et lissage d’énergie (VTRLE). Cette dernière voiture inclut la voiture hybride électrique mais aussi des VT utilisant d’autres moyens pour stocker provisoirement l’énergie de freinage ou l’énergie potentielle de gravité (accumulateur hydropneumatique, voire même ressorts…).

D’abord, rappelons les chiffres de l’énergie et les transports. Les données que j’utilise se trouvent en partie sur les sites suivants :
http://www.developpement-durable.gou...e/sommaire.htm
http://www.cnisf.org/biblioth_cnisf/...et_energie.pdf

Consommation d’électricité en France : 450 TWh dont 80% d’origine nucléaire
Consommation d’énergie pour les transports routiers en France : 43 Mtep dont 69% pour les voitures particulières, soit 29.5 Mtep.
Equivalence TEP : 1 Tep <> 42 Gjoules (PCI)
Ce sont des données de base sur lesquelles il y a peu à discuter.

J’ai également considéré les rendements suivants
- le rendement des moteurs à explosion des VT est de 30 % (mix des rendements entre essence et diesel. essence : 25% - diesel : 33%)
- Le rendement d’usage des VT: 70% (mix entre ville où les pertes sont de 50% et le plat à vitesse uniforme 90%)
- Le rendement d’une batterie (charge/décharge) est de 81% (90% pour la charge de la batterie batterie Li ion et 90% pour le chargeur)
- Le rendement d’un moteur électrique est de 90%
- Le rendement d’usage du VE: 90% (par exemple à cause des pertes dans les systèmes de récupération et de lissage de l’énergie)
- Le rendement d’usage des VTRLE: 90%

Comme on peut le voir, je distingue un rendement du moteur, supposé en situation optimale, et le rendement d’usage qui traduit la perte d’efficacité en situation de conduite réelle (freinage, pertes dans les systèmes de récupération). Ainsi par exemple, pour la VT, le rendement réel en conduite est de 0.3 x 0.7 = 21%. Bien sûr je sens que ces rendements vont être discutés…

J’ai également besoin du rendement de conversion de l’énergie primaire en électricité dans une centrale classique à énergie fossile. Je considère un rendement de 50%, ce qui est effectivement atteint dans les centrales modernes.

Allons-y !

Il faut d’abord évaluer l’énergie mécanique strictement utile à nos déplacements, à l’exclusion de celle perdue en freinages et non récupération de l’énergie potentielle de gravité.
Pour cela j’utilise l’énergie primaire consommée dans tous les moteurs de VT, en tenant compte des rendements de conversion en énergie mécanique :

43 10^6 x 0.69 x 42 x 10^9 x 0.3 x 0.7 / 3600 / 10^12 = 72.7 TWh

On peut noter que cette énergie mécanique nous permet des déplacements confortables et grisants d’un point à un autre. Il ne s’agit pas d’un mode de déplacement avec moteurs bridés…

On peut alors calculer aisément l’énergie électrique nécessaire pour produire cette énergie mécanique dans un parc équivalent de VE, tenant compte des différents rendements :
72.7 / 0.81 / 0.9 / 0.9 = 110.8 TWh

On peut tout de suite comparer cette énergie à la part d’électricité consommée, d’origine nucléaire, soit
110.8 / (450 x 0.8) = 31 %


Si on voulait produire cette électricité par des centrales classiques de rendement 50%, on devrait fournir 110.8 / 0.5 = 221 TWh d’énergie primaire, ce qui correspond à 19 MTep…. au lieu des 29.5 MTep nécessaires si on utilise l’énergie primaire directement dans les moteurs des voitures ! Le gain en énergie primaire est d’environ 31% par rapport au tout VT! Il n’y a pas de mystère : le rendement d’une centrale est supérieur à celui d’un moteur à explosion et la voiture électrique a un meilleur rendement d’usage grâce aux systèmes de récupération de l’énergie.


Si on suppose maintenant que l’on utilise des VTRLE (définition donnée au début), on bénéficie simplement d’un meilleur rendement d’usage Donc, dans ce cas on peut estimer à 29.5 x 0.7 / 0.9 = 23 MTep l’énergie primaire nécessaire. L’amélioration est de 22% par rapport au tout VT. C’est moins qu’avec le tout VE mais cependant notable.



Conclusion :

Si toutes les voitures particulières étaient électriques, l’énergie électrique consommée serait environ 31 % de la consommation actuelle d’électricité nucléaire.

Ce n’est pas négligeable surtout si on se donne comme objectif de sortir doucement du nucléaire. De plus, la technologie nucléaire n’est pas exportable dans tous les pays pour des raisons de sécurité et donc beaucoup continueront à rouler à l’énergie fossile.

Par contre, si on alimente les voitures en énergie électrique produite par des centrales classiques, mais modernes (50% de rendement), on fera des économies d’énergie fossile par rapport à la situation actuelle : 18.6 Mtep au lieu de 29.5 Mtep soit 36% d’économies.

Et de façon plus simple encore, avec des voitures à récupération et lissage de l’énergie (VRLE), on peut également améliorer la situation : 23 Mtep au lieu de 29.7 Mtep, soit une économie d’énergie fossile de 22%.



Qu’en pensez-vous ?

[enthalpie]

je ne répond pas sur le fond il me faut le temps de refaire les calculs et vérifier les hypothèses, mais je suis content de constater que l'on se pose la bonne question

faire des voiture électriques si c'est pour du nucléaire en plus? je vais avoir du mal , beaucoup de mal

par contre savoir que l'on pourrait en tout état de cause arriverà une diminution des énergies fossile grace au rendement (disons moins mauvais) de la chaine électrique- moteur c'est pas mal

de plus je crois savoir que la solution ne nécessiterai pas forcément de nouveaux investissement d'EDF car il pourrait mieux utiliser les centrales hors des pics de conso du matin et du soir et du froid
à creuser

[verdifre]

bonjour,
il faut prendre en compte le fait que les systèmes electriques ou de recuperation d'energie pèsent lourd. Il induisent une surconsommation loin d'etre negligeable.
les differences de rendement compensent largement cela, mais cela fait quand même baisser le rendement global.
fred

[Cécile]

faire des voiture électriques si c'est pour du nucléaire en plus? je vais avoir du mal , beaucoup de mal

Oui, sauf si on considère que le réchauffement climatique est un risque plus fort que le nucléaire. Donc que tout ce qui contribuera à diminuer les émissions de CO2 est une bonne chose, même si cela signifie plus de nucléaire.
Reste à savoir si cette opinion est répandue, et si elle résistera lorsqu'il faudra construire les centrales en question.

de plus je crois savoir que la solution ne nécessiterai pas forcément de nouveaux investissement d'EDF car il pourrait mieux utiliser les centrales hors des pics de conso du matin et du soir et du froid
à creuser

OUi, l'idée est de brancher sa voiture le soir après le boulot, mais que la recharge ne soit réellement lancée que dans la nuit, lorsque les consommations électriques baissent.
Cela implique un pilotage de la charge par le fournisseur d'électricité, pour éviter que tout le monde recharge en même temps.

il faut prendre en compte le fait que les systèmes electriques ou de recuperation d'energie pèsent lourd. Il induisent une surconsommation loin d'etre negligeable.

Pas sûr. Avec une assistance au moteur thermique (fonction "boost"), le moteur électrique "aide" le moteur thermique lorsqu'il est fortement sollicité. Cela permet de réduire la puissance du moteur thermique, pour une puissance maxi équivalente. D'où une amélioration du rendement, puisque le moteur thermique est moins souvent en sous-utilisation.

[verdifre]

bonsoir,

Pas sûr. Avec une assistance au moteur thermique (fonction "boost"), le moteur électrique "aide" le moteur thermique lorsqu'il est fortement sollicité. Cela permet de réduire la puissance du moteur thermique, pour une puissance maxi équivalente. D'où une amélioration du rendement, puisque le moteur thermique est moins souvent en sous-utilisation.

oui mais la masse enbarquée augmente, la puissance nécessaire pour rouler augmente aussi.
Dans le cas de parcours urbains, les besoins d'energie sont principalement à l'acceleration et pour vaincre la résistance au roulement, a faible vitesse le Cx intervient moins.
la force nessecaire à l'acceleration etet celle pour vaincre la résistance au roulement dépendent toutes deux directement de la masse.
bien sur une partie est recupérée au freinage, mais avec un rendement pas terrible.
fred

[chris111]

Pour que cela soit juste, la comparaison doit se faire du puit à la roue, et donc intégrer les pertes dues:
- au réseau électrique pour les VE
- et d'autres part les pertes dues au raffinage/transport du pétrole pour les VT

[FDFD]

@ chriss111 et aux autres.

Vous avez raison, mais je ne connais pas les rendements correspondants. Les connaissez-vous ?

D'ailleurs quand on dit que l'électricité consommée est de 450 TWh, est-ce en sortie centrale ou au niveau des compteurs des utilisateurs ?

Si vous avez des infos, je suis preneur. Rajouter dans le bilan 2 ou 3 rendements de plus ne complexifie pas beaucoup ce calcul de coin de table.

Quant à la masse des organes de récupération d'énergie, c'est vrai... mais dans quelles proportions ? Si on entre dans ces considérations, ce n'est plus un calcul de coin de table ! Ce qui serait dommage, c'est que ces considérations changent les conclusions générales....


Cordialement.

[verdifre]

bonjour,
ce qui me semble illusoire, c'est de vouloir faire une comparaison entre deux systèmes qui ont forcément des specifications differentes.
sur un vehicule electrique on ne peut pas beneficier de la trés grande densité energetique des hydrocarbures, pour obtenir les mêmes performances qu'une voiture tout en en gardant l'autonomie conduit à des monstres.
le vehicule electrique ne pourra être efficace que si il est concu avec ses propres specifications (ne pas courir aprés une autonomie de 800 km)
si on désire aujourd'hui faire des economies de carburant , de Co2 etc.. La solution de la limitation de vitesse à un effet immédiat et sensible.

40 en ville, 70 sur route et 90 sur autoroute apporteraient immediatement des reductions de consommation trés appreciables, la mesure ne serait cependant pas populaire....
Cela ne demande aucun investissement en Ret D et ferait travailler l'industrie des radars...

Sans les contraintes d'avoir à rouler à 130 (voir plus) des voitures plus legeres et economes apparaitraient rapidement

Une diminution de vitesse de 20 % permet avec les mêmes données de monter des moteurs 40% moins puissants donc à terme de faire des voitures avec des moteurs 40% moins lourds et qui consomment 25 à 30 % de moins sur le même parcours

fred

[RARA63]

Pour que cela soit juste, la comparaison doit se faire du puit à la roue, et donc intégrer les pertes dues:
- au réseau électrique pour les VE

Bon compromis : Prendre le rendement global estimé par l'état (30%)

- et d'autres part les pertes dues au raffinage/transport du pétrole pour les VT

Non car ces pertes sont ~communes aux deux situation .

Sinon, FDFD, je trouve ta petite comparaison pas mal du tout .
PS : petite base de données utiles : AIE
Autre truc intéressent : Energy flow trends (US)

[_Ulysse_]

bonjour,
il faut prendre en compte le fait que les systèmes electriques ou de recuperation d'energie pèsent lourd. Il induisent une surconsommation loin d'etre negligeable.
les differences de rendement compensent largement cela, mais cela fait quand même baisser le rendement global.
fred

Dans le cas de l'électrique tu n'as plus de moteur, de boîte de vitesse et éventuellement de transmission. Question poids, les moteurs électriques et l'électronique de puissance (système de récupération) c'est léger en comparaison d'un moteur thermique.

C'est dans le cas de l'hybride parallèle (qui est une mauvaise solution technique de toute manière) ou si tu mets beaucoup de batteries que la voiture peut être alourdie. La récupération de l'E au freinage elle augmente le rendement global.

[_Ulysse_]

Bon compromis : Prendre le rendement global estimé par l'état (30%)


Non car ces pertes sont ~communes aux deux situation .

Sinon, FDFD, je trouve ta petite comparaison pas mal du tout .
PS : petite base de données utiles : AIE
Autre truc intéressent : Energy flow trends (US)

Les pertes en raffinage et transport ne sont communes aux deux que si tu produit toute l'électricité avec du pétrole et encore ces centrales consommes un produit moins raffiné. Juste pour info, le pétrole c'est 7% de l'électricité dans le monde.

[_Ulysse_]

@ chriss111 et aux autres.

Vous avez raison, mais je ne connais pas les rendements correspondants. Les connaissez-vous ?

D'ailleurs quand on dit que l'électricité consommée est de 450 TWh, est-ce en sortie centrale ou au niveau des compteurs des utilisateurs ?

Si vous avez des infos, je suis preneur. Rajouter dans le bilan 2 ou 3 rendements de plus ne complexifie pas beaucoup ce calcul de coin de table.

Quant à la masse des organes de récupération d'énergie, c'est vrai... mais dans quelles proportions ? Si on entre dans ces considérations, ce n'est plus un calcul de coin de table ! Ce qui serait dommage, c'est que ces considérations changent les conclusions générales....


Cordialement.

Pour la récupération de l'E c'est juste l'électronique de puissance qui fait marcher le(s) moteur(s) électrique(s) en mode génératrice. Sinon, il faut un chargeur de batterie.

Pour les rendements entre thermique et tout électrique j'ai estimé les rendements de l'énergie primaire à l'énergie mécanique à

14,3% pour le thermique en france.

27 à 33% pour l'électrique en considérant le "mix" mondiale pour la production électrique.

Pour le détail des calculs voir le message #60 :

Actu - La Leaf, de Nissan, une voiture électrique grand public

[verdifre]

bonjour,

Dans le cas de l'électrique tu n'as plus de moteur, de boîte de vitesse et éventuellement de transmission. Question poids, les moteurs électriques et l'électronique de puissance (système de récupération) c'est léger en comparaison d'un moteur thermique.

il me semble avoir entendu dire que les batteries plombaient largement ce bénéfice
il est vrai que j'aurai du parler de masse du moteur et de son energie ( un abus de langage que vous me pardonnerez j'espere)
fred

[FDFD]

@ fred

C'est vrai que j'ai comparé la VE et la VT sur la même base de vitesse (même énergie mécanique pour les deux). Je pouvais difficilement faire autrement.

Mais... je suis à 200% d'accord pour dire que la voiture électrique ne doit surtout pas essayer de produire les mêmes vitesses et accélérations auxquelles nous sommes accoutumés avec nos VT d'aujourd'hui !

Je pense aussi qu'il faut diminuer les vitesses max de façon à réduire les massses des éléments de sécurité et gagner ainsi à la fois sur la masse et la puissance nécessaire.

Donc, si on convient que la voiture électrique doit avoir une puissance max de 30 CV, il est clair que l'on doit facilement atteindre une réduction par plus de deux des consommations d'énergie fossile (je suppose que je n'utilise pas le nucléaire pour produire l'électricité).

De plus, il faut réserver l'usage de la voiture à de petites distances. Pour les grands déplacements, utilisons le train ! Et pour se rendre au travail, le vélo, même électrique (200 W assurent un parfait confort !).

Cordialement.

[verdifre]

bonjour,
donc pour faire cette transition entre deux types de vehicules (cette transition ne se fera pas spontanéement nous sommes trop attachés à nos grosses voitures)
1) attendre que les prix de l'essence et de l'energie montent suffisamment
2) rendre moins attrayantes nos voitures
. limitations de vitesses diverses et variées pour retirer un peu du fun
. pression économique, taxes et vignettes diverses

fred