La décarbonation du transport de marchandise est un enjeu complexe – et les constructeurs vont devoir rapidement se positionner pour respecter l’objectif européen de 2019 de réduction de 30% des émissions de CO2 des PL vendus d’ici 2030.
Des solutions existent déjà, manquant pour certaines encore de maturité ou facilité de mise en œuvre (bioGNV, biodiesel, électrique batterie et hydrogène). Une solution dont on parle très peu et sur laquelle planche des experts du domaine dans le cadre d’un programme européen dédié: c’est l’équipement des autoroutes en alimentation électrique répartie sur les tronçons, permettant une recharge en roulant : l’ERS pour Electric Road System.
En France, 3 groupes de travail rassemblant l’ensemble de l’écosystème (transporteurs, constructeurs, gestionnaires routiers, énergéticiens, fabricants de solutions...) ont exploré le potentiel de l’ERS et viennent de rendre leurs conclusions au Ministre des Transports, lors du Comité ministériel de développement et d’innovation dans les transports du 20 octobre 2021.
Les rapports des groupes de travail sont disponibles ici.
3 technologies principales sont envisagées pour l’infrastructure d’ERS :
Une Caténaire de type ferroviaire (avec véhicules équipés de pantographes)
Un rail au sol avec alimentation par conduction (type Alimentation Par le Sol développée par Alstom pour les Tramway)
Une alimentation au sol par induction
Dans cet article nous synthétiserons principalement les études menées par le Groupe de Travail 1 - visant à évaluer l'opportunité d'un tel déploiement, et l'étude comparative de ces 3 technologies du GT2 (voir en fin d'article).
Nous formulerons aussi des observations et un avis sur l'opportunité de déploiement de l'ERS.
Le rapport du GT1 « Décarboner le transport routier de marchandise par l’ERS, enjeux et stratégie » revient en préambule sur les scénarios de la Stratégie Nationale Bas Carbone (SNBC)
Ils émettant des doutes notamment sur :
- Les hypothèses de gain d’efficacité énergétique paraissant très optimistes : p.ex quasiment -25% sur la conso gasoil aux 100km entre 2020 et 2040 (à comparer à 10% entre 1998 et 2018). Ces hypothèses étant très structurantes quand il s’agit d’estimer l’impact sur le système énergétique global : parc électrique ou intrants biomasse ;
- Le mix énergétique proposé : biodiesel, GNV, électrique batterie et H2.
Sur ce dernier point ils dressent leur vision des limites et désavantages de chaque technologie de motorisation alternative au Diesel :
Le BioGNV :
Malgré des analyses en cycle de vie très intéressantes (8g COE/tkm) :
- Doutes sur le potentiel réel mobilisable de manière durable/ acceptable (du fait de la concurrence d’usage des terres, et l’acceptabilité du développement de méthaniseurs). Une étude carbone 4 fait état d’estimation allant de 40 TWh (ICCT et AIE) et 322 TWh Ademe. + concurrence d’usages à prendre en compte (thermie, production d’électricité…) – à noter sur ce points que la RE2020 aura plutôt tendance à faire baisser ces usages dans le tertiaire/ l’habitat. En l’état il faudrait 216 TWh pour convertir l’ensemble des PL (hors gain d’efficacité) - à comparer à un potentiel de 4TWh injectable par les sites de méthanisation, cf dernières données GRDF – une grosse partie du biogaz étant elle utilisée directement en thermie ou pour produire de l’électricité.
- Problématiques de gestion des fuites de méthane (avec pouvoir de réchauffement 86 fois supérieur au CO2). Il faudrait d’après les rapports les maitriser à moins de 1% pour que le biogaz reste intéressant – à noter que le problème est davantage vrai en GNL ou la problématique de maintien en froid du gaz oblige dans certains process à relâcher du méthane dans l’atmosphère…
L’étude ne revient pas sur les problématiques d’émission de polluants atmosphériques– qui bien que plus faibles qu'avec un moteur diesel sur certains composants (notamment Nox, en fonction du régime de fonctionnement) ont récemment été pointées du doigt par l'ONG T&E (notoirement très pro électrique/ anti-gaz) au niveau des nano-particules - suite à des essais sur un poids lourd GNL (voir la réponse d'Iveco, les accusant de biais dans leur analyse).
Elle n’évoque pas non plus les autres externalités positives de la filière généralement considérées : revenus complémentaires pour les agriculteurs, filières d’économie circulaire locales, usage des co-produits (CO2, digestat), …
Le Biodiesel :
Les émissions moyennes du puits à la roue sont estimées à 35 gCO2/tkm (contre 63 pour du gasoil). Mais il y a de grandes disparités d’évaluation des émissions en fonction des hypothèses de changement d’affectation des sols (le pire cas étant p.ex d’importer de la biomasse ayant provoqué de la déforestation… cf combats des ONG pour que Total stoppe son projet d’importation d’huile de palme pour sa raffinerie de la Mède…). Par ailleurs cette filière entre en concurrence directe avec le biokérosène de l’aviation (filière la plus mature… cf le rêve des avions à hydrogène…) qui utilise les mêmes intrants – ce qui met en doute la faisabilité en termes de potentiel de production française : il faudrait passer de 22 à 135TWh pour alimenter les 2 secteurs (dans les proportions de la SNBC pour les PL). Le rapport n’évoque pas en revanche les problématiques d’émission de polluants, qui restent les mêmes que pour le diesel.
L’hydrogène :
De nombreux doutes subsistent sur la motorisation hydrogène pour PL, notamment :
- Les problématiques de rendement énergétique : rapport de 1 à 3 avec le rendement d’une mobilité 100% électrique avec les technologies actuelles. Le rapport mentionne les progrès potentiels avec l’électrolyse haute température (mais cette technologie reste au stade de la recherche).
- Les couts de production (de 5 à 10€/kg) et distribution (de 0,8 à 4,6€/kg) d’un H2 décarboné – par électrolyse ou vaporeformage de méthane + séquestration du CO2 (avec les doutes sur les capacités de stockage du CO2…). Qui la rendent difficilement compétitive avant 2030.
- La concurrence d’usage du H2 décarboné, face à des usages pour lesquels aucune alternative n’existe (ou si celles-ci sont moins intéressantes) : usages existants de H2 dans l’industrie, ferroviaire…
Nous reviendrons par ailleurs plus en détail très bientôt sur le vecteur hydrogène pour la mobilité H2 mais également pour d’autres applications dans un prochain article.
Enfin : les véhicules électriques 100% batterie,
Sur sur lesquels le groupe GT1 s’est penché davantage en détail – en les comparant à une configuration batterie réduite/ ERS.
L’étude se base sur l’état actuel des technologies de batteries, et des projections d’évolution jusqu’à 2030, avec notamment l’apparition potentielle de batteries solides. Les caractéristiques des différentes technologies sont résumées dans le tableau ci-dessous [NMC : Lithium Ion (Nickel, Manganèse, Cobalt) LFP : Lithium Fer Phosphate, Solid State : Batterie solide]
Le comparatif est ensuite établi avec les hypothèses suivantes :
PL 100% batterie avec une capacité de 1200 kWh, lui permettant de parcourir 700km d’une traite, et une charge sur pause longue (9h mini) du chauffeur – permettant de limiter la puissance de charge à 200kW.
PL ERS avec une batterie de 350kWh lui permettant de parcourir 200-250km entre son point de départ et le réseau ERS, avec une hypothèse à terme d’un territoire français où tout point est à moins de 100km du réseau.
Des hypothèses sur le cout des bornes de charge rapide, et le cout de la recharge.
--> Émissions de CO2 en cycle de vie sur 800 000km (hors fabrication camion, y compris batterie), avec mix énergétique Français actuel et conso/100km actuelle :
Diesel : 858 tCO2eq
PL avec Batterie longue autonomie : 157 tCO2eq
PL avec Batterie courte autonomie (équipé pour ERS) : 93 tCO2eq
Un PL électrique longue autonomie permet donc une diminution conséquente de 82% des émissions par rapport à un PL Diesel, la diminution de la taille de la batterie permet un gain supplémentaire de 40%.
--> Cout total de possession (TCO) des véhicules : le surcout annuel est de 20% entre un PL 100% batterie et un PL adapté aux ERS.
Le rapport fait ensuite état des feuilles de routes/ études sur l’ERS déjà menées en Allemagne et en Suède.
Une prise de recul au-delà de la France qui permet de pointer le principal enjeu (et la principale difficulté) d’un déploiement de l’ERS... un tel déploiement devra impérativement être réalisé à l’échelle Européenne pour qu’il que les transporteurs puissent l’adopter, une grande partie du transport étant transnational (en particulier dans des pays tels que la Pologne : 59% - en Mt.km ou l’Espagne : 54).
Le cout de l’électricité est également très variable selon les pays (env. 45€/MWh en suède contre 134 en Grande Bretagne) créant davantage de complexité à son adoption.
Toutes les analyses mettent aussi en avant des fenêtres temporelles imposées pour prendre les bonnes décisions (cf les recommandations formulées ensuite).
Les experts étudient ensuite plusieurs scénarios d'ERS
Les hypothèses prises en compte :
Le maillage : en phase 1 (2030) équipement des axes principaux, ensemble du territoire desservi avec PL à autonomie de 250km avec charge à destination. Phase 2 (2035) : moins de 100km.
La puissance à délivrer : en fonction des conditions de transport PL (charge, pentes maxi…) et du besoin de recharge suffisante avant de quitter un tronçon alimenté - convergeant vers un besoin à 400kW.
Le dimensionnement de l’infrastructure électrique nécessaire, en fonction du trafic en pointe
Un taux trafic « potentiellement » capté vers l’ERS selon les motorisations PL et la technologie d’ERS (rail ou caténaire) et selon plusieurs prix d’électricité :
PL électrique batterie longue autonomie : quasiment 100% de trafic capté par l’ERS
PL diesel : entre 90% et 73% à horizon 2035, selon les couts de l’électricité (la techno ERS rail ou caténaire n’ayant quasi pas d’impact)
--> En prenant en compte l’adéquation des différents usages PL (certains n’étant pas compatibles avec l’ERS notamment pour de la desserte locale ou de très faibles km parcourus), un taux de 50% du trafic PL est considéré (ainsi que 18% des consommations de VUL).
L’impact du scénario ERS sur les émissions de GES
Le scénario ERS est comparé en ACV (Analyse Cycle de Vie) aux scénarios de la SNBC2 – il apparait bien meilleur que les scénarios SNBC et tout électrique (grâce au plus faible impact de ses batteries) :
L’impact matière du scénario ERS
L’étude estime que l’ERS permettrait sur 20 ans une économie de 1,7Mt de matériaux, dont 230 000t de Nickel, qu’ils jugent comme le matériau le plus critique en termes de ressource. Ces économies de matériau (ainsi que les suppléments de matériaux métalliques/ non métalliques pour mettre en œuvre l’ERS) expliquent le bilan en termes de GES présenté précédemment.
A noter que la solution ERS induction pourrait elle créer des tensions sur les approvisionnements en cuivre (technologie très consommatrice comparativement au rail ou caténaire).
Bilans économiques des scénarios ERS pour les différents acteurs
Des bilans économiques vus des différentes parties prenantes (opérateur d’autoroute, transporteur, « puissance publique ») sont réalisés sur la période 2029 – 2060. Ils comparent l’ERS au 100% batterie et à des scénarios gasoil avec 100% d’incorporation de biocarburant en 2050.
L’ERS s’avère plus intéressant pour l’ensemble des parties prenantes, dans chaque scénario – en valorisant également les externalités (diminution de la taille des batteries dans un cas et moins d’émissions dans la comparaison au scénario biodiesel) pour le compte de la puissance publique.
Seule exception : les opérateurs d’autoroute n’y trouvent leur compte dans un comparatif avec du biodiesel que si l’infrastructure d’ERS est mutualisée avec des véhicules particuliers et utilitaires légers.
Les recommandations des experts du GT1
Sur la base de cette étude le GT1 émet notamment les recommandations suivantes :
Mener une réflexion sur l’avenir de la mobilité des poids lourds dès fin 2021 / 2022 en prenant en compte l’ensemble des avantages/ inconvénients de chaque filière
Intégrer aux réflexions sur l'ERS les entités concernées dans les principaux pays européens, et notamment les pays possédant les plus importantes flottes de PL transnationaux (Pologne, Espagne)
Prendre une décision politique à l’échelle de l’Europe de déclencher une stratégie ERS et le choix d’une technologie avant fin 2023
Respecter ensuite un un planning rigoureux permettant de s’assurer du déploiement :
Lancement des études opérationnelles (via une structure dédiée) puis travaux entre 2024 et 2029
Mise en place d'un réseau opérationnel suffisamment étendu (pour permettre son adoption) avant fin 2029
La Synthèse comparative des différentes technologies, réalisée par le GT2 :
Le tableau ci-dessous (libre interprétation d’après le rapport) donne de manière très synthétique une vision des avantages/ inconvénients des 3 principales technologies envisagées. La technologie de conduction par rail au sol parait la plus pertinente, malgré un niveau de maturité plus faible que la caténaire (bénéficiant déjà d'un retour d'expérience y en grande vitesse). L'induction bien qu'intéressante sur certains aspects présente certains inconvénients (en gras) qui compromettent grandement son utilisation.
Observations et avis suite à la lecture de ces 2 rapports, sur l'opportunité du déploiement de l'ERS
Mener une réflexion complètement ouverte et sans parti pris technologique sur la mobilité (notamment poids lourd) est fondamental. Et comme le souligne très justement le rapport aucune technologie de motorisation alternative au diesel n’est parfaite…
L’ERS apparait très intéressant car il combine les avantages de l’électrique : très faible émission de GES et polluants, très bon rendement, cout d’usage faible - tout en gommant en partie certains écueils des solutions 100% batterie : besoins en matériaux rares (et émissions de GES associées), gestion logistique des temps de charge, et surpoids dus à de très grosses batteries (ayant des impacts sur le cout du véhicule, sa consommation, l’état des chaussées, les particules au freinage ou de pneu…).
Aussi la mise en place d’un tel plan parait très louable, néanmoins j’émettrai les réserves suivantes :
Le trafic poids lourds étant largement transfrontalier, ce projet sera européen ou ne sera pas comme le souligne à plusieurs reprises le rapport du GT1… quand on voit la difficulté des pays Européens à se mettre d’accord et œuvrer de concert sur des problématiques plus simples… la faisabilité d’un tel plan pose question. D’autant qu’il s’agit de travaux de très grande envergure (avec les investissements qui vont avec), qui devront être finement phasés entre les pays.
Un tel projet engage fortement beaucoup de parties prenantes : constructeurs de véhicules, exploitants autoroutiers, puissance publique, transporteurs… avec des intérêts parfois divergents et une structuration qui n’est pas la même selon les pays, renforçant encore la complexité du projet.
On parle souvent de l’œuf et la poule dans le développement de nouvelles énergies (GNV, IRVE, H2…), il faut des infrastructures de charge pour que les usagers envisagent une conversion… et il faut des consommateurs pour que l’infrastructure soit rentable et se mettre en place. Dans le cas de l’ERS l’infrastructure devra impérativement précéder l’adoption par les usagers – sous peine de l’impossibilité d’utiliser les véhicules ERS… l’impulsion de la puissance publique (encore une fois à l’échelle européenne) est donc primordiale – et qui plus est dans un planning qui se devra d’être rigoureux.
Quid de l’adhésion des constructeurs de poids lourds alors que des sommes très importantes sont déjà engagées dans le développement d’autres solutions technologiques ? (même si l’ERS n’est au final qu’une adaptation d’un camion électrique en lui imputant une partie de ses batteries)
Quid de la viabilité du projet en cas de rupture technologique avérée sur les batteries (passage au batteries solides, avec amélioration de nombreux paramètres : autonomie, temps de charge, besoin en matériaux rares) ? même si le rapport évoque cette technologie il ne considère pas ce scénario.
Quitte à mettre en place des infrastructures d’alimentation électrique, quid du re-développement du fret ferroviaire ? – un comparatif avec un tel scénario aurait été intéressant.
Les études font état à plusieurs reprises d’une captation suffisante de trafic, de mutualisation avec les véhicules légers voire même d’augmentation de trafic (c’est ce que prévoit la SNBC…) aidant à rentabiliser les installations. N’est-il pas à l’inverse souhaitable que le trafic diminue (scénario de sobriété et boucles locales), une telle infrastructure se justifie-t-elle dans un scénario de forte sobriété ?