L’impasse de la voiture électrique

C’est un article du site alencontre : ‘Autour de la voiture électrique : du mythe à la réalité’ de Charles Barbey, qui m’a mis la puce à l’oreille. J’en suis venu à me poser la question suivante : Quelle puissance électrique faudrait-il -grosso modo- réserver pour assurer la charge des batteries d’un parc routier global de véhicules électriques équivalent à l’actuel parc de véhicules à moteurs thermiques ?

Je pars de la consommation du parc actuel. D’après le site https://fr.statista.com/statistiques/487186/consommation-routiere-carburant-france/  celui-ci a consommé 49711000 m³ de carburants divers en 2017. Arrondissons à 5. 10⁷m³, ou 5. 10¹⁰  litres. Un baril de pétrole correspond à une capacité de 159 litres, et ce baril équivalent pétrole (boe=Baril Oil Equivalent) contient une énergie de  5861520000 Joules. Supposons la moyenne énergétique des carburants routier de cet ordre. Arrondissons le à 5,86 10⁹  Joules par boe. Notre consommation routière 2017 équivaut donc à
C =5,86 10⁹ x  (5 10¹⁰ /159) = 0,184 10¹⁹ Joules de carburant.
Comme un moteur thermique essence ou diesel possède un rendement allant de 36 % à 42 %, nous prendrons une moyenne de 40 %. Nous ne récupérerons que 40 % de l’énergie thermique dépensée soit 0,4 x 0,184 10¹⁹= 7,37 10¹⁷ Joules mécaniques. Le reste est dissipé en chaleur.

Les moteurs électriques possèdent un rendement élevé. Prenons 98 %. Il suffit de leur fournir
7,37 10¹⁷ /0,98 = 7,52 10¹⁷ Joules électriques pour récupérer la même énergie mécanique que ce que donne le parc de moteurs thermiques. On peut parfaitement imaginer que ces  7,52 10¹⁷ Joules électriques demandés au réseau EDF pour charger en permanence des millions de batteries se répartisse de façon homogène dans le temps : c’est une charge constante répartie sur de multiples points d’entrée avec l’hypothèse qu’à chaque instant, il y a toujours à peu près le même nombre d’utilisateurs chargeant leurs batteries. On définit la puissance instantanée concomitante. On peut idéalement la supposer constante et égale à  7,52 10¹⁷/(365 x 24 x 3600) = 7,52 10¹⁷/3,1 10⁷ = 2,38 10¹⁰ Joules/s soit 2,38 10¹⁰  W = 2,38 10⁴  MWe = 23800 Mégawatts électriques.

Si cette puissance de charge (constante) doit être fournie par le réseau EDF, on peut la mettre en regard (à titre de comparaison) avec celle fournie par la centrale de Chinon donnée pour 400 MWe. La puissance fournie par une centrale  électrique est à peu près constante. Il faudrait donc 23800/400 = 60 centrales de type Chinon pour assurer l’alimentation continue de tout le parc de véhicules électriques. Un rendement de 100 % ne changerait rien à la chose.
On peut voir les choses autrement : La France a produit 529 TWh en 2017 (Wikipedia), soit 5,29 10¹¹ kWh. Nos 7,52 10¹⁷  Joules représentent  7,52 10¹⁷ / 3600000 = 2,08 10¹¹ kWh ... presque la moitié de la production totale d'électricité 2017.

Il est clair que l'usage de la voiture électrique individuelle est impossible à généraliser si la charge des batteries doit être assurée par le réseau national. Même si on limite à 10 % du parc le taux d'équipement en modèles électriques, ce serait encore beaucoup trop pour celui-ci (il faudrait encore construire 6 nouvelles centrales nucléaires de type Chinon dédiées). La seule solution possible semble passer par le solaire … mais avant d’avoir un réseau photovoltaïque qui fournisse en permanence 23800 MW, il va se passer beaucoup, beaucoup de temps.
<ajout mai 2019 : La voiture électrique, c'est formidable mais ça pèse 15 centrales nucléaires dans Marianne 2012> 

Et d’ailleurs, voyons un peu ce qui se passe avec le solaire. Si on récupère au mieux 100W/m² (de jour avec un ensoleillement convenable. C’est juste un ordre de grandeur pifométré), soit 1MW/km², alors il nous faudrait 23800 km² de panneaux, et sans doute le double ou le triple à cause des nuits, donc 50 à 70000 km² de panneaux pour assurer la récupération de nos 7,52 10¹⁷ Joules/an. Plus de 10 % de la surface de la France (551695 km²). Ceci suppose aussi pour chaque automobiliste d’avoir en permanence une batterie en charge. Et si vous dites, on s’en fout, on prendra moitié moins de panneaux et on chargera pendant deux fois plus longtemps, et bien dans l’année, on ne récupéra seulement que la moitié des  7,52 10¹⁷ Joules électrique nécessaires et dans le même temps on roulera moitié moins avec. La contrainte absolue, c’est celle des  7,52 10¹⁷ Joules à récupérer dans l’année, peu importe comment, pour assurer le même service routier que l'actuel utilisant l’essence. Avec l’essence, si vous vous contraignez à ne passer à la pompe qu'une fois sur deux, vous roulerez moitié moins. Conclusion : le pétrole est une matière première extraordinaire et difficilement remplaçable.

Revenons à l'alimentation des batteries par le réseau national. Si on prend en compte les rendements énergétiques des étapes du processus depuis l'unité de production, les choses vont empirer. En effet, "pour faire un bilan énergétique complet il est nécessaire de tenir compte d’autres facteurs que le simple rendement électrique du moteur. Le principal de ces facteurs est le rendement de la production primaire d'électricité. Puis il y a des pertes (environ 8 %) dans les  lignes de transport, dans le transfo-redresseur a découpage qui fournit le courant a la batterie (environ 10 %), et dans l'électronique et le moteur électrique (encore 10 %) . Le rendement de charge de la batterie est de l’ordre de 0,9 (entre 0,92 et 0,85). On doit donc multiplier le rendement du générateur électrique par 0.65 pour le rendement global.  Dans le cas de l'électricité nucléaire, le rendement thermique global est autour de 24 %. Avec des centrales à gaz à cycle combiné, on peut espérer 35 %. Même dans ce cas, la réduction des émissions de gaz carbonique est significative puisque le gaz émet 25 % de moins de CO2 que l'essence, et  que le rendement moyen d'un moteur de voiture ne dépasse guère 15 %! " Source : http://sfp.in2p3.fr/Debat/debat_energie/websfp/Livet-elect.htm