L`Analyse du Cycle de Vie - Turbomachines et Moteurs du CNAM
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L`Analyse du Cycle de Vie - Turbomachines et Moteurs du CNAM
L'évaluation environnementale de l'automobile et de son usage: l'ACV une vision globale mais complexe © 2011 - IFP Energies nouvelles État de l'art et perspectives de travail Jean-François Gruson Direction Économie et Veille Direction Economie et Veille – Département Economie- Equipe ACV – mars2011 Énergies renouvelables | Production éco-responsable | Transports innovants | Procédés éco-efficients | Ressources durables IFP Energies nouvelles Établissement public de recherche, d'innovation industrielle et de formation 3 © 2010 IFP Energies nouvelles © 2011 - IFP- Energies nouvelles 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 innovantes dans ses domaines d'activité : énergie, transport, environnement Centre de recherche appliquée, il assure le transfert entre recherche fondamentale et développement industriel Énergies renouvelables | Production éco-responsable | Transports innovants | Procédés éco-efficients | Ressources durables IFP Energies nouvelles En bref 4 © 2010 IFP Energies nouvelles © 2011 - IFP- Energies nouvelles ¾ 1 737 personnes*, dont 1 173 chercheurs (ingénieurs et techniciens), basés à Rueil-Malmaison et à Lyon ¾ Statut : établissement public à caractère industriel et commercial (EPIC) ¾ 157 thésards et 27 postdoctorants ¾ Financement : budget de l'État et ressources propres provenant de partenaires privés français et étrangers ¾ Plus de 50 métiers représentés : du géologue au motoriste ¾ Budget 2009 : 307,8 M€ dont 249 M€ pour la R&D ¾ Un environnement technique (moyens d'essais, équipements) de très haut niveau En 2009 : ¾ 13 900 brevets vivants ¾ 305 articles publiés dans les revues scientifiques internationales * effectif moyen équivalent temps plein Énergies renouvelables | Production éco-responsable | Transports innovants | Procédés éco-efficients | Ressources durables IFP Energies nouvelles Positionnement stratégique Le paysage énergétique Croissance de la demande et prix du pétrole Caractère par nature limité des énergies fossiles Changement climatique Difficile substitution massive et rapide des hydrocarbures pour les transports et la pétrochimie Tension sur les ressources humaines 5 © 2010 IFP Energies nouvelles © 2011 - IFP- Energies nouvelles Préparer la transition énergétique Concevoir les solutions permettant d'optimiser l'utilisation des énergies fossiles tout en développant de nouvelles technologies et sources d'énergies pour répondre aux besoins sociétaux dans les domaines de l'énergie, du transport et de l'environnement Énergies renouvelables | Production éco-responsable | Transports innovants | Procédés éco-efficients | Ressources durables IFP Energies nouvelles 5 priorités stratégiques complémentaires ÉNERGIES RENOUVELABLES PRODUCTION ÉCO-RESPONSABLE DIVERSIFICATION ÉNERGÉTIQUE RÉDUCTION IMPACT ÉCOLOGIQUE TRANSPORTS INNOVANTS PROCÉDÉS ÉCO-EFFICIENTS EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE RESSOURCES DURABLES SÉCURITÉ DES APPRO. DÉCARBONATATION CHANGEMENT CLIMATIQUE : RÉDUCTION ÉMISSIONS DE CO2 6 © 2010 IFP Energies nouvelles © 2011 - IFP- Energies nouvelles DÉVELOPPEMENT DURABLE Produire, à partir de sources renouvelables, des carburants, des intermédiaires chimiques et de l'énergie Produire de l'énergie en réduisant l'impact sur l'environnement Développer des transports économes et à faible impact environnemental Produire, à partir de ressources fossiles, des carburants et intermédiaires chimiques à faible impact environnemental Proposer des technologies respectueuses de l'environnement et repousser les limites actuelles des réserves d'hydrocarbures Plan de l'exposé 1. Introduction : outils d’aide à la décision et développement durable 2. Analyse du Cycle de Vie 1. 2. 3. © 2011 - IFP Energies nouvelles 4. 5. Définition et principes Intérêts et utilisations Historique de la méthodologie Description détaillée – la norme ISO 14040 Application dans l’industrie automobile © 2011 - IFP Energies nouvelles Introduction OUTILS D’AIDE À LA DÉCISION POUR UN DÉVELOPPEMENT DURABLE 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 ». © 2011 - IFP Energies nouvelles Le développement durable vise à réconcilier le développement économique et social, la protection de l’environnement et la conservation des ressources naturelles. De l'approche "site" à l'approche "cycle de vie" Prélèvements Atmosphère Impacts / Risques Océans Biosphère Hydro-géosphère Détérioration des "services" Société Émissions Nécessité de diminuer les pressions anthropiques sur l'environnement © 2011 - IFP Energies nouvelles 1ère approche : Diminuer les flux à l’interface entre la société et la nature Ce 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 Intérêt de l’approche Cycle de Vie Éviter de diminuer © 2011 - IFP Energies nouvelles un impact… Intérêt de l’approche Cycle de Vie … et d’en augmenter © 2011 - IFP Energies nouvelles un autre. Æ Éviter le transfert d’impacts vers une autre étape du cycle de vie © 2011 - IFP Energies nouvelles Différentes méthodes d’aide à la décision L’Analyse du Cycle de Vie (ACV ou LCA) L’Ingénierie du Cycle de Vie (ICV ou LCE) La conception écologique ou écoconception (Design for the Environment, DfE ou Ecodesign) 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. 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. consiste à intégrer systématiquement les considérations environnementales issues des ACV lors de la conception d’un produit ou d’un procédé. Source : CIRAIG © 2011 - IFP Energies nouvelles Analyse du Cycle de Vie DÉFINITION ET PRINCIPES 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 © 2011 - IFP Energies nouvelles produits sur son cycle de vie. Qu’est-il inclus dans une ACV ? Analyse des Impacts Analyse de l’Inventaire © 2011 - IFP Energies nouvelles Étapes du Cycle de Vie Phases du Cycle de Vie Fabrication Utilisation Fin de vie © 2011 - IFP Energies nouvelles Intérêts des ACV pour l’interne Détection 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 © 2011 - IFP Energies nouvelles 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 conception Dans la communication Normalisation Définition des objectifs La définition des objectifs d'une ACV doit indiquer sans ambiguïté les éléments suivants : © 2011 - IFP Energies nouvelles 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 Définition du champ de l’étude La définition du champ d'une ACV doit inclure et décrire clairement: © 2011 - IFP Energies nouvelles 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. 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. © 2011 - IFP Energies nouvelles 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 ? Exemples de fonctions © 2011 - IFP Energies nouvelles Produit Fonction principale Fonctions secondaires Porte de voiture Ouvrir et fermer l'accès au véhicule Sécurité vol, Sécurité en cas d'accident, Étanchéité,… Carburant Permettre à un véhicule Sécurité d'utilisation, de parcourir une Performances du certaine distance véhicule, Polluants,… 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. © 2011 - IFP Energies nouvelles 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 moyen Lubrifiant : Limiter les frottements lors du sciage de 1000 m3 de bois Définition de l’unité fonctionnelle L’unité fonctionnelle (UF) : expression quantifiée d’une unité de service © 2011 - IFP Energies nouvelles comparaison de divers produits ayant la même fonction en raisonnant à fonction équivalente en incluant la durée effective d’utilisation contenant une unité de produit, de fonction et de temps Difficultés liées à la définition de l'UF pertinence de la comparaison impossibilité pratique de l'expression de l'UF perception des problèmes (oubli dans la définition de l'UF) 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. © 2011 - IFP Energies nouvelles 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. Définition des frontières du système Processus élémentaires « De la porte à la porte » « Gate to gate » Émissions Intermédiaires Ressources Extraction Préparation Production © 2011 - IFP Energies nouvelles Énergie Utilisation Fin de vie « De la porte à la tombe » « Gate to grave » « Du berceau à la porte » « Cradle to gate » « Du berceau à la tombe » « Cradle to grave » Émissions 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 : © 2011 - IFP Energies nouvelles sont spécifiques à chaque scénario correspondent 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 © 2011 - IFP Energies nouvelles 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'essence 5,10 l de gazole PCI du carburant Consommation du véhicule Retour sur l'exemple des ampoules Produit Fonction principale Fonctions secondaires Scénario 1 Éclairer Qualité de la lumière, Ambiance, Temps d'allumage, … © 2011 - IFP Energies nouvelles Scénario 2 Produit UF = Service Flux de référence Ampoule à incand. Éclairer 600 lumens pendant 6000 heures 6 ampoules + Lumen/Watt 60W*6000h=360kWh (utilisation) Lumen/gr. Type de mx 1 ampoule (6000h) Durée de vie (env.160g) + 11W*6000h=66kWh Ampoule à fluoresc. Paramètres Coût clés 6x1€+360x0,1 =42€/UF 1x10€+66x0,1 =16,6€/UF © 2011 - IFP Energies nouvelles Arbre des procédés (exemple) Hypothèses complémentaires Définition des limites temporelles et géographiques © 2011 - IFP Energies nouvelles pratiques industrielles exigences législatives habitudes des consommateurs caractéristiques environnementales (climat…) Exclusion éventuelle de certaines étapes identiques à deux produits comparés négligeables dans le bilan global © 2011 - IFP Energies nouvelles Limites du système : règles de cohérence Règle 1 : Les limites du système doivent recouvrir la même réalité fonctionnelle 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 Affectation Nécessité d’une règle d’affectation Règles d’affectation © 2011 - IFP Energies nouvelles Présence de produits joints ou de coproduits dans de nombreux procédés de production Quels 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… Extension 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, …) Plusieurs cas où l’affectation est nécessaire Charges CP Coproduction Système AP P1 P2 P3 © 2011 - IFP Energies nouvelles Charges CT Cotraitement Revalorisation Boucles fermées D2 Revalorisation interne au cycle de vie Boucles ouvertes D1 Cofonctions successives Système AT Inventaire du cycle de vie L’inventaire du cycle de vie inclut : © 2011 - IFP Energies nouvelles Le recueil et la validation des données Le rattachement des données à l’unité fonctionnelle Le regroupement des données © 2011 - IFP Energies nouvelles Exemple d'inventaire Collecte des données d’inventaire Présentation des données Émissions dans l’atmosphère Émissions dans l’eau Déchets solides et assimilés Consommations d’énergie Utilisation des ressources © 2011 - IFP Energies nouvelles Renouvelables Non renouvelables Renouvelables Non renouvelables Utilisation de formulaires 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). © 2011 - IFP Energies nouvelles 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. 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 successifs © 2011 - IFP Energies nouvelles sur le milieu physique sur le milieu vivant sur l’écosystème Dans les ACV, évaluation de l’impact potentiel Incertitude Difficulté de mesure Catégories d’impacts :Globale, Régionale, Locale Critères globaux Critères régionaux © 2011 - IFP Energies nouvelles Potentiel d’acidification Utilisation des sols Critères locaux Épuisement des ressources Potentiel de réchauffement global (PRG ou GWP) Potentiel de destruction d’ozone (PDO ou ODP) Potentiel de toxicité humaine et d’écotoxicité Potentiel d’eutrophisation Potentiel de création d’oxydants photochimiques Autres critères Nuisances (bruit, odeur, occupation de surface par les décharges, radiations ionisantes…) Classification des impacts Æ grouper les flux pour faciliter leur caractérisation 3 critères © 2011 - IFP Energies nouvelles Exhaustivité Non redondance Faisabilité 2 classifications Par milieu récepteur Émissions dans l’air Émissions dans l’eau Émissions dans le sol Par type d’impact Caractérisation des impacts : définition Problème : trouver une unité commune pour agréger les différentes émissions et effectuer les comparaisons. © 2011 - IFP Energies nouvelles Création d’un indicateur de catégorie Indicateurs d’impacts : effet de serre Mesure et calcul du GWP (Global Warming Potential) Contribution des substances gazeuses j émises par le sous-sytème i I = ∑ m × GWPj =∑ m × i i j j i j j ∫ 0 ∫ T 0 A j [t ]× C j [t ]dt ACO2 [t ]× CCO2 [t ]dt Avec : Ii (kg éq. CO2) mij (kg) GWPj (adim.) Aj[t] (W) Cj[t] (mg/Nm3) © 2011 - IFP Energies nouvelles T indicateur de la contribution du système i masse de j émise par le système j potentiel de réchauffement global de la substance j forçage radiatif instantané dû à une augmentation unitaire de la concentration en j concentration de gaz i restant à t PRG courants © 2011 - IFP Energies nouvelles Évaluation de l’effet relatif à l’émission instantanée de 1kg de GES, en comparaison avec le CO2 (GWP) sur une période de temps T GWP 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 N2O 260 298 170 ? CO 0 0 0 >0 NOX 0 0 0 ? Hydrocarbures non méthaniques 0 0 0 >0 Potentiel d’acidification Effet : 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). © 2011 - IFP Energies nouvelles Substance de référence : Dioxyde de soufre (SO2) Unité de référence : kg SO2-équivalent Source : CML, Heijungs, Centrum voor Milieukunde Leiden, 1992 Potentiel d’eutrophisation Effet : 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. © 2011 - IFP Energies nouvelles Substance de référence : Phosphate (PO4-) Unité de référence : kg PO4- -équivalent Source : CML, Heijungs, Centrum voor Milieukunde Leiden, 1992 DEV/DE – Anne PRIEUR-VERNAT – Mai 2008 Évaluation des impacts Potentiel d’acidification (AP)des principales substances acides Substance SO2 NO AP 1,07 0,70 1,88 0,88 1 NO2 NH3 HCl HF 1,60 © 2011 - IFP Energies nouvelles Potentiel d’eutrophisation (NP)des principales substances azotées et phosphorées Substance NP N NO NO2 NO-3 NH+4 P 0,42 0,20 0,13 0,10 0,33 3,06 PO3-4 1,00 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 : © 2011 - IFP Energies nouvelles 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 référence Æ Comparaison avec la valeur de référence. Étapes finales de l’ACV Interprétation Sur 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. Rapport © 2011 - IFP Energies nouvelles Nécessité de définir les lignes directrices du rapport (cf. ISO 14044). Revue critique Étape optionnelle pour les études internes. Si une étude compare des produits en concurrence et doit être publiée, une revue critique est obligatoire. Dernière étape : la revue critique © 2011 - IFP Energies nouvelles 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 © 2011 - IFP Energies nouvelles Applications pratiques APPLICATION DANS L’INDUSTRIE AUTOMOBILE Contexte et enjeux de la motorisation automobile Sur le plan sociétal l ’automobile répond à un besoin fondamental de mobilité individuelle l ’industrie automobile représente des centaines de milliers d ’emplois les 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 sonore encombrement spatial, sécurité Sur le plan industriel la situation actuelle conduit à : © 2011 - IFP Energies nouvelles 51 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 Enjeu Besoin croissant des NON OCDE Parc automobile mondiale : un triplement d'ici 2050 Fin du modèle mixte ? © 2011 - IFP Energies nouvelles Rejet de la voiture ? 52 Scénario tendanciel sans changement de contexte.... Sofres 2003 : 80 % des personnes estime la possession d'un véhicule indispensable ... 53 © 2011 - IFP Energies nouvelles Effet Population et taux d'équipement 0,9 USA 0,8 Australia 0,7 France 0,6 0,5 Spain 0,4 Chile 0,3 0,2 Panama 0,1 Burundi India Population mondiale Mexico South Korea Morocco 0 9 $1 $10 per-capita GDP (Thousands of 2000US$) Taux d'équipement en fonction du PIB : $100 World 8 7 less Developed 6 5 4 3 Developed 1 2050 2045 2040 2035 2030 2025 2020 2015 2010 2005 2000 0 1995 NON OCDE : 13 à 300 2 1990 OCDE : 500 à 800 véhicules pour 1000 habitants 1985 © 2011 - IFP Energies nouvelles 10 Thailand $0 54 Sw eden 1980 passenger cars per person aged 15 or more 1 Options pour gérer la consommation Réponses Technologiques • © 2011 - IFP Energies nouvelles • 56 Performance moteurs Déterminants Réponses sociétales • Transports alternatifs • Urbanisme / Péage Ville • Taxes • Bonus malus • Location / partage ... Déplacements Carburants diversifiés Conso. • Hybridation unitaire • V. Électrique ... Parc 57 © 2011 - IFP Energies nouvelles 58 © 2011 - IFP Energies nouvelles Quels véhicules, à quelle échéance ? 2000 2010 2030 2020 MOTORISATIONS 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 naturel Véhicules flex-fuel Injection directe essence Distribution variable (optimisation de la combustion et du rendement) Véhicule hybride essence Introduction du mode de combustion HCCI (diesel) Véhicules hybrides (gazole, gaz naturel) Véhicules électriques Hybrides rechargeables Amélioration de la combustion essence (CAI) CARBURANTS © 2011 - IFP Energies nouvelles Pile / hydrogène Hybride / hydrogène 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 charbon Biodiesel de synthèse Hydrogène Moins de polluants et moins de CO2 Légende : Montée en puissance entre les 1ers modèles et un nombre significatif sur le marché (5 à 10%) Utilisation de l'ACV dans l'industrie automobile Évolutions récentes • Sévérité accrue des réglementations • Améliorations • confort acoustique et vibratoire • sécurité Contraintes contradictoires • Diminution de la consommation © 2011 - IFP Energies nouvelles • Augmentation de la masse Principes méthodologiques des Analyses de Cycle de Vie Les bilans "du puits à la roue" Méthodologie visant une analyse environnementale exhaustive ... incluant toutes les étapes du cycle de vie d'un produit ou service depuis l'extraction des ressources primaires jusqu'à l'utilisation et la fin de vie du produit ou service analyse "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'environnement Intensification 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. © 2011 - IFP Energies nouvelles ... de sorte d'identifier d'éventuels transferts de pollution d'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) © 2011 - IFP Energies nouvelles Principes méthodologiques des Analyses de Cycle de Vie Cycle de vie du véhicule Cycle de vie du carburant Principes méthodologiques des Analyses de Cycle de Vie (3/3) Bilans classiques du puits à la roue de véhicules conventionnels essence ou diesel excluent le cycle véhicule (i.e. fabrication des composants du véhicule, assemblage, et fin de vie du véhicule / recyclage partiel des matériaux) 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 électriques © 2011 - IFP Energies nouvelles 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) Contribution nulle de la partie "réservoir à la roue" dans bilans des émissions (zéro émission à l'échappement) alors qu'étape majoritaire pour véhicules/carburants conventionnels fossiles Forte 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) Spécificités de l'ACV dans l'industrie automobile Impacts environnementaux de l'industrie automobile © 2011 - IFP Energies nouvelles rejets atmosphériques et consommation énergétique : UTILISATION déchets : FIN DE VIE DU VÉHICULE L'ACV chez les constructeurs automobiles Outil 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 Perspectives d'évolution de la méthodologie Outil argumentaire pour la comparaison des filières Outil d'aide à la décision en conception © 2011 - IFP Energies nouvelles scénario de fin de vie production et fabrication carburants alternatifs conception d'un composant conception du véhicule complet Outil prospectif influence des évolutions des nouvelles réglementations influence des nouvelles technologies et des nouveaux équipements Rapport coût / bénéfices d'une ACV Coûts d'une ACV Coût interne © 2011 - IFP Energies nouvelles temps passé pour le suivi de projet temps passé pour la collecte de données temps passé pour la validation et la diffusion Coût d'un consultant éventuel interventions possibles aux différentes étapes revue critique Bénéfices d'une ACV Augmentation des gains environnementaux réduction des émissions et rejets réduction des consommations Anticipation et réduction des risques Acquisition d'une expertise connaissance des systèmes constitution d'une base de données Æ Importance de s'assurer de la pertinence de la réalisation d'une ACV Faut-il faire une ACV ? © 2011 - IFP Energies nouvelles 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 ? Æ 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 Passage du "local" au "global" Du local... Objectif : "suivre les évolutions de la réglementation" ... au global 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 Réduction d'un flux sur un site © 2011 - IFP Energies nouvelles Conséquence : les choix de solutions pour réduire un flux peuvent entraîner : • permet de trouver les meilleurs leviers d'action entre les étapes Inventaire de l'ensemble des flux pertinents le long du cycle de vie • l'augmentation de ce flux à une autre étape • l'augmentation de rejets d'autres flux • 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 Les démarches « du puits à la roue »(Well to Wheel) © 2011 - IFP Energies nouvelles 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 Application au transport automobile 4 étapes de base... Extraction et transformation des matières premières Toutes les étapes d'acquisition des ressources et de leur transformation en matières utilisables pour la fabrication Fabrication Production des pièces Assemblage du véhicule Utilisation Bilan sur toute la durée de vie du véhicule Fin de vie Destruction, recyclage et traitement des déchets ... mais un cycle complet complexe Déchets Énergie Émissions Filière véhicule © 2011 - IFP Energies nouvelles Fabrication du véhicule Déchets Émissions Filières matériaux Distribution du véhicule Fonctionnement Filière carburant Fin de vie Traitement Énergie Émissions Énergie Émissions Gestion des déchets Nécessité de différencier plusieurs types d'études © 2011 - IFP Energies nouvelles Du fait de la complexité de ce type d'étude, analyse de sous-ensembles Exemples Bilan de gaz à effet de serre de système de climatisation Matériaux pour la carrosserie du véhicule Carburants alternatifs Æ ce sont les études "du puits à la roue" ou "well to wheel" Les calculs « du puits à la roue »(Well to Wheel) Du puits au réservoir MJ consommé/MJ de produit sortant g de GES/MJ de produit sortant Du réservoir à la roue Bilan du puits à la roue MJ de carburant consommé/km = E2 MJ de carburant consommé/km =E MJ consommé/MJ de produit sortant © 2011 - IFP Energies nouvelles g de GES/MJ de produit sortant g de GES/km = G g de GES/km = G2 MJ consommé/MJ de produit sortant g de GES/MJ de produit sortant MJ de carburant consommé/MJ de carburant = E1 g de GES/MJ de carburant = G1 E = E1 x E2 + E2 G = G1 x E2 + G2 Mise en oeuvre de la méthodologie Objectifs Définition des carburants © 2011 - IFP Energies nouvelles Bilan d'énergie et de GES sur un grand nombre de carburants et de types de véhicule en Europe à l'horizon 2010 Étudier la viabilité de chaque filière et estimer leur coût Faire accepter ces résultats comme référence à l'échelle européenne Conventionnels Ex gaz naturel Ex charbon Ex biomasse Hydrogène Définition des véhicules Conventionnels PAC Hybrides Comparaison des résultats WTW technologies 2010 200 MCI+GTL MCI+Gazole MCI+Essence PAC+H2 comprimé ex-charbon centralisé g CO2 éq./km 150 MCI hybride+essence PAC reformeur+essence MCI Hybride+gazole 100 PAC+H2 comprimé exélectricité EU-mix MCI+DME MCI Hybride+GTL MCI Hybride +DME MCI+GN PAC+H2 liquéfié ex GN centralisé MCI+Ethanol MCI Hybride+GN PAC+H2 PAC+H2 comprimé ex GN comprimé ex GN centralisé sur site © 2011 - IFP Energies nouvelles PAC+H2 liquéfié ex électricité EU-mix MCI Hybride+Ethanol MCI+Diester MCI Hybride+Diester 50 PAC+H2 comprimé exélectricité éolien MCI Hybride+BTL MCI+BTL PAC+H2 comprimée ex bois PAC+H2 comprimé exélectricité Nuc. 0 0 2 4 Source : JRC/EUCAR/CONCAWE, Janvier 2004 6 8 10 12 14 16 L éq. essence/100 km 18 Limites méthodologiques 2ème génération : Diesel de synthèse (BTL) 1ère génération : Biodiesel (EMHV) Taillis à Courte Rotation (TCR) 91 % Réduction des émissions de GES par rapport à la référence Diesel 88 % Réduction des émissions de GES par rapport à la référence Essence 91 % 93 % Déchets forestiers Véhicule Diesel en 2010 64 % ex - tournesol 39 % ex - colza Diesel conventionnel © 2011 - IFP Energies nouvelles 2ème génération : Éthanol ex biomasse lignocellulosique 88 % Paille de blé Taillis à Courte Rotation (TCR) Déchets forestiers 78 % 87 % ex - canne à sucre (Brésil) 1ère génération : Véhicule Essence en 2010 74 % ex - betterave 32 % Éthanol ex - blé 30 % Essence conventionnelle 0 20 40 60 80 100 120 140 – Anne PRIEUR-VERNAT – Maiautomotive 2008 Source DEV/DE : "Well-to-Wheels analysis of future fuels and powertrains in the European context", WTW Report, Version 2c, March 2007 160 180 Sensibilité des résultats au mode d'affectation des impacts © 2011 - IFP Energies nouvelles Source : Calcul DEE Nécessité d'un cadre méthodologique Quand la question de l'affectation se pose-t-elle ? Cas de l'éthanol Énergie GES © 2011 - IFP Energies nouvelles Quelle répartition entre les 2 produits ? Pulpes, Drèches Alimentation animale Énergie 1ère méthode d'affectation :Utilisation d'un prorata ((m€ EtOH EtOH )) GES = ×GES GEStotal ) GESEtOH = m (EEtOH × EtOH total + GES EtOH = € EtOH Copr . × GES total € Copr +m EtOH . EEtOH + ECopr . GEStotal Pulpes, Drèches © 2011 - IFP Energies nouvelles Alimentation animale Énergie Prorata massique : affectation selon la masse des produits Prorata énergétique : affectation selon le contenu énergétique des produits Prorata économique : affectation selon la valeur économique des produits (e.g. le prix auquel le producteur peut les vendre) Avantages et inconvénients des prorata Méthode d'allocation simple Mais... © 2011 - IFP Energies nouvelles pertinence : pas toujours de lien entre l'affectation et les impacts respectifs réels des produits et coproduits sur les émissions pas toujours applicable directement (e.g. coproduction d'électricité et prorata massique) prorata variable dans le temps (e.g. prorata économique) 2ème méthode d'affectation :Prise en compte des impacts évités GES EtOH = GEStotal − GESévité GEStotal Pulpes, Alimentation animale © 2011 - IFP Energies nouvelles Drèches Substitution des coproduits GES évité Trituration Tourteaux de soja Soja Alimentation animale Avantages et inconvénients de la substitution Méthode d'allocation traduisant au mieux les impacts réels d'une filière © 2011 - IFP Energies nouvelles Possibilité de description fine des situations aux échelles locales Prise en compte des usages réels des coproduits Mais... Difficile à mettre en oeuvre, du fait du grand nombre de données supplémentaires nécessaires Variabilité des résultats en fonction de la filière substituée © 2011 - IFP Energies nouvelles Pourquoi la problématique "éléctrique" © 2011 - IFP Energies nouvelles Un rappel des enjeux de l’électrification Source Moveo DOS EE 2009 © 2011 - IFP Energies nouvelles Un rappel des « espoirs » de l’électrification Source Moveo DOS EE 2009 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 associés Part recyclée pour chacun des matériaux consommations d'énergie liées à l'assemblage / fabrication du véhicule distance 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 © 2011 - IFP Energies nouvelles Toyota : sur 100 000 km ANL : 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 vie Toyota Prius : 109 000 miles ! Évaluation environnementale du cycle véhicule / État de l'art (2/5) Bilans GES et consommations d'énergie des cycles véhicules conventionnels (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) © 2011 - IFP Energies nouvelles Référence P. Moon et al. (Argonne National Laboratory), 2006, "Vehicle-Cycle Energy and Emission Effects of Conventional and Advanced Vehicles" Pays Type d'impact Consommations d'énergie USA Cycle véhicule amorti sur 257 500 km GES Type de véhicule Part du cycle véhicule Véhicule conv. 1482 kg (moteur à combustion interne) 9% du bilan du puits à la roue Véhicule léger 1049 kg (moteur à combustion interne) 13% du bilan du puits à la roue Véhicule conv. 1482 kg (moteur à combustion interne) 9% du bilan du puits à la roue Véhicule léger 1049 kg (moteur à combustion interne) 13% du bilan du puits à la roue Renault, 2007 Cycle véhicule amorti sur 150 000 km France GES Véhicule conventionnel (essence ou diesel) (~ 2,1 tep/véhicule) (~ 2,7 tep/véhicule) (~ 6,7 tCO2eq/véhicule) (~ 8,2 tCO2eq/véhicule) 15% à 20% du bilan du puits à la roue selon la taille du véhicule (~ 6 tCO2eq/véhicule) 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 Évaluation environnementale du cycle véhicule / État de l'art (3/5) 15 à 20 % © 2011 - IFP Energies nouvelles 70 à 75 % ~ 10 % Contributions en OG aux bilans GES et énergétique pour un véhicule essence ou diesel actuel (carburant 100% fossile) Évaluation environnementale du cycle véhicule / État de l'art (4/5) Spécificités des véhicules hybrides et électriques : nouveaux composants (batterie) nécessitant des matériaux différents Bilan GES Véhicule hybride 91 kW ICE et batterie NiMH 23kW (ANL, 2006) Bleu : Production des matériaux Vert : Production et fin de vie des fluides (refroidissement, huile , liquides de frein, de transmission etc.) Jaune : Assemblage, peinture, fin de vie et recyclage Rouge : Batteries (production et fin de vie) Bilans cycle véhicule hybride vs. celui du véhicule ICEV (~ même poids) Véh. standard (~ 1450 kg) Bilans HEV vs. ICEV GI HEV © 2011 - IFP Energies nouvelles Type de batterie Véh. léger (~ 1050 kg) Plug-in HEV GI HEV 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 % Bilan émissions PM10 Bilan conso énergie Bilan émissions SOx Rq : Émissions SOx associées aux batteries NiMH = émissions liées à l'extraction & production de nickel, cuivre et autres métaux rares. Évaluation environnementale du cycle véhicule / État de l'art (5/5) Véhicule électrique 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 © 2011 - IFP Energies nouvelles Light-Duty Vehicle Fleet" Pour les calculs sur le cycle véhicule : données extraites de GREET et travaux ANL Émissions de GES : + 48% Consommations d'énergie : +61% Cycle VE comparé au cycle véhicule ICE 2030 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) Life Cycle Inventory : Vehicles LCI of vehicles under study: Reference ICE : © 2011 - IFP Energies nouvelles 90 LCI data available for reference ICE Apply to the LCI of the reference vehicles "ratios" extracted from bibliography for HEV, PHEV and EV Golf A4 (from EcoInvent database) HEV, PHEV, EV : Technical characteristics of vehicles extracted from bibliography a Vehicles specifications used as input in the GREET 2.7 model (from Argonne) in order to obtain the "ratios" Les véhicules évalués GV/DV HEV PHEV BEV Vehicle mass (kg) 1255 1357 1372 1617 Battery Mass (kg) - 15 30 300 - 1 5 30 - 27 43 150 - Li-Ion Li-Ion Li-Ion - 0 20km 200 km © 2011 - IFP Energies nouvelles Battery energy (kWh) Battery power (kW) Battery technology AER (km) 91 Li-Ion is considered as standard battery for all PHEV and HEV in 2030 The bigger the AER is, the heavier weight the car Evolution in percent relative to the ICE reference © 2011 - IFP Energies nouvelles 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...) General statements: All impacts increase vs ICE No real difference between HEV and PHEV Variation vs. ICE depends on the emission considered Ranking of vehicles is the same whatever the emission considered Bilans GES et énergétique du puits à la roue du véhicule électrique Hypothèses pour calculs IFP 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 : Véhicule électrique : © 2011 - IFP Energies nouvelles Bilan GES : 6 tonnes de CO2eq / véhicule (Renault) Bilan énergie totale : 2 tep / véhicule i.e. 83.8 GJ / véhicule 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 à la distribution de l'électricité (station) Bilans GES et énergétique du puits à la roue du véhicule électrique Données de base pour calculs IFP et sources associées 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) © 2011 - IFP Energies nouvelles Valeur utilisée pour bilans CO2 des VE réalisés par EDF en 2008 (valeurs pour les usages en base i.e. 40gCO2/kWh) 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 à courte 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 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 Ex - Charbon Ex - Fioul Ex - Lignite Hydraulique Éolien Evaluation du bilan GES de différents mix constrastés de production d'électricité en 2004 Ex - Gaz naturel Nucléaire Ex - Gaz industriel Photovoltaique Ex - biomasse (bois, déchets) 320 300 280 Bilan GES (gCO2eq / MJ elec) 100% 90% 80% 60% 50% 40% 30% 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20% 20 U SA Eu ro pe It a l ie de ag ne Es p Su è Fr an ce og ne Po l ll e m ag ne 0% Al le m ag Po ne lo gn Fr e an ce Su è Es de pa gn e Ita lie Eu ro pe US A 0 10% A © 2011 - IFP Energies nouvelles Contribution 70% 260 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 Ex - Charbon Ex - Fioul Ex - Lignite Hydraulique Éolien Evaluation des bilans énergétiques de différents mix contrastés de production d'électricité en 2004 Ex - Gaz naturel Nucléaire Ex - Gaz industriel Photovoltaique Ex - biomasse (bois, déchets) Consommation d'énergie totale Consommation d'énergie non renouvelable 50% 40% 30% 20% 10% U SA Eu ro pe It a l ie ag ne Es p de Su è Fr an ce og ne Po l m ag ne 0% 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 US A 60% A ll e © 2011 - IFP Energies nouvelles Contribution 70% 4,5 Eu ro pe 80% 5,0 Ita lie 90% Al le m ag n Po e lo gn e Fr an ce Su èd Es e pa gn e Consommations d'énergie (MJ / MJ elec) 100% 2030 Electricity mix 100% 97 % of net Generation capacity © 2011 - IFP Energies nouvelles 90% Geothermal heat 50% fossil energies 80% 70% 60% 50% Biomass-waste fired Oil 60% fossil energies 70% fossil energies 40% Gas Solids High CO2 content Other renewables Solar Wind Hydro 30% Nuclear energy 20% 10% 0% EU 27 France Germany Spain Italy Sweden 2030 Electricity mix 100% 98 % of net Generation capacity © 2011 - IFP Energies nouvelles 90% Geothermal heat 85% Low CO2 Energies 80% 70% Biomass-waste fired Oil Gas 60% Solids Other renewables 50% 40% 30% 20% Low CO2 content 85% Low CO2 Energies Solar 60% Low CO2 Energies Wind Hydro Nuclear energy 10% 0% EU 27 France Germany Spain Italy Sweden Bilans GES et énergétique du puits à la roue du véhicule électrique Bilans avec mix de production d'électricité Cycle véhicule Plages de valeurs des bilans CO2 WTW EDF (2008) pour VE en France et Europe Gain GES WTW vs. réf diesel Du puits au réservoir Du réservoir à la roue VE - Mix USA - 1% VE - Mix Italie 11% VE - Mix Espagne 24% VE - Mix Suède 71% VE - Mix France 66% - 39% VE - Mix Pologne VE - Mix Allemagne 8% © 2011 - IFP Energies nouvelles VE - Mix Europe 26% Véhicule conv. Diesel Véhicule conv. Essence 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 Emissions de GES (gCO2eq / km parcouru) Bilan CO2 (et non GES) de la production d'électricité selon méthodes ADEME / RTE (2005-2007) 1. Contenu moyen CO2 du kWh par usage 2. Contenu marginal en CO2 du kWh par usage Usages en base : 450 à 550 g/kWh Chauffage électrique : 500 à 600 g/kWh © 2011 - IFP Energies nouvelles Usages intermittents et éclairage : 600 à 700 g/kWh 3. Contenu marginal en CO2 du kWh par usage avec vision dynamique Usages en base : ~ 400 g/kWh en 2020 Retour 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) C ycle véhicule D u puits au réservoir D u réservoir à la roue V E - Ele c photovolta ique VE - Ele c hydra ulique VE - Ele c é olie nne VE - Ele c nuclé a ire VE - Ele c e x - ga z na ture l VE - Ele c e x - fioul VE - Ele c e x - lignite VE - Ele c e x - cha rbon VE - M ix Fra nce © 2011 - IFP Energies nouvelles V E - M ix Europe Conte nus CO2 m a rgina ux V E - ADEM E/RTE - Usa ge s inte rm itte nts VE - ADEM E/RTE - Usa ge s e n ba se Vé hicule conv. Die se l Vé hicule conv. Esse nce 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 Emissions de GES (gC O 2e q / km parcouru) Bilans GES et énergétique du puits à la roue du véhicule électrique Bilans avec mix de production d'électricité Cycle véhicule Augmentation du bilan WTW vs. réf diesel Du puits au réservoir Du réservoir à la roue VE - Mix USA 68% VE - Mix Italie 30% 44% VE - Mix Espagne 19% VE - Mix Suède 50% VE - Mix France 85% VE - Mix Pologne © 2011 - IFP Energies nouvelles VE - Mix Allemagne 55% 45% VE - Mix Europe Véhicule conv. Diesel Véhicule conv. Essence 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 Consommations d'énergie totale (MJ / km parcouru) 5,0 5,5 Bilans GES et énergétique du puits à la roue du véhicule électrique Bilans pour différents modes de production d'électricité Cycle véhicule Du puits au réservoir Du réservoir à la roue V E - Ele c photovoltaique V E - Ele c hydraulique V E - Ele c é olie nne V E - Ele c nuclé aire V E - Ele c e x - gaz nature l V E - Ele c e x - fioul V E - Ele c e x - lignite V E - Ele c e x - charbon V E - M ix France © 2011 - IFP Energies nouvelles V E - M ix Europe V é hicule conv. Die s e l V é hicule conv. Es s e nce 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 Consommations d'énergie totale (MJ / km parcouru) 5,0 5,5 Bilans GES et énergétique du puits à la roue du véhicule électrique Bilans avec mix de production d'électricité Cycle véhicule Augmentation du bilan WTW vs. réf diesel Du puits au réservoir Du réservoir à la roue 61% VE - Mix USA 18% VE - Mix Italie 28% VE - Mix Espagne VE - Mix Suède - 20% 42% VE - Mix France VE - Mix Pologne 81% 48% © 2011 - IFP Energies nouvelles VE - Mix Allemagne VE - Mix Europe 32% Véhicule conv. Diesel Véhicule conv. Essence 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Consommations d'énergie non renouvelable (MJ / km parcouru) 5,5 Bilans GES et énergétique du puits à la roue du véhicule électrique Bilans pour différents modes de production d'électricité Cycle véhicule Du puits au réservoir Du réservoir à la roue VE - Elec photovoltaique VE - Elec hydraulique VE - Elec éolienne VE - Elec nucléaire VE - Elec ex - gaz naturel VE - Elec ex - fioul VE - Elec ex - lignite VE - Elec ex - charbon VE - Mix France © 2011 - IFP Energies nouvelles VE - Mix Europe Véhicule conv. Diesel Véhicule conv. Essence 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Consommations d'énergie non renouvelable (MJ / km parcouru) 5,5 Sensibilité aux types de trajet Tableau 9.1 – Impacts du cycle de vie des véhicules : sources et résultats Véhicule conventionnel 150 000 km Caractéristiques véhicules Émissions de GES kgCO2eq / véh. (% p/r conventionnel) © 2011 - IFP Energies nouvelles gCO2eq / km parcouru tep / véh. Consommations (% p/r d'énergie conventionnel) primaire totale MJ / km parcouru 1200 kg MT essence atmo 80 kW Véhicule Véhicule hybride hybride (2 batteries) (1 batterie) Hybride sustaining MT essence atmo 59 kW Machine 20 kW Batterie 1,3 kWh 5433 Fabrication véh. : 78% Maintenance : 14% Fin de vie : 8% 6123 (+12,7%) 6734 (+24%) 36,2 38,7 44,9 2,64 Fabrication véh. : 78% Maintenance : 20% Fin de vie : 2% 2,9 (+9,8%) 3,17 (+20%) 0,73 0,80 0,88 Sources IFP Energies nouvelles Conv : IFP Energies nouvelles à partir de [Spielmann 07] VH : IFP Energies nouvelles à partir de [Spielmann 07; Wang 07] Conv : IFP Energies nouvelles à partir de [Spielmann 07] VH : IFP Energies nouvelles à partir de [Spielmann 07; Wang 07] © 2011 - IFP Energies nouvelles Sensibilité aux types de trajet © 2011 - IFP Energies nouvelles L'enjeu spécifiques des batteries © 2011 - IFP Energies nouvelles L'enjeu spécifiques des batteries L'enjeu spécifiques des batteries © 2011 - IFP Energies nouvelles une chaine complexe aussi dans une optique ACV L'enjeu spécifiques des batteries...durables © 2011 - IFP Energies nouvelles Les résultats du projet européen "Susbat" de la fin du Ni-C au Li (ion, métal...) une réduction des consommations énergétiques spécifiques pour la production la question du recyclage: énergie versus "matières premières" le rendement des batteries la durée de vie ou la "seconde vie" Conclusion © 2011 - IFP Energies nouvelles En cas de comparaison VE avec véh. conv : importance de prise en compte du cycle véhicule le 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 Conclusions L’ACV, les limites © 2011 - IFP Energies nouvelles Pas d’analyse des aspects économiques et sociaux Agrégation spatiale et temporelle Hypothèse: système statique Impacts 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 Conclusions Étude pilotée par PP sur ACV des VE ( VHR et VH ) Lancement début 2011 Champs de l'étude: © 2011 - IFP Energies nouvelles VP et VUL HORIZONS TEMPORELS 2012 ET 2020+ CYCLES ET TYPES D'USAGE: domestique et professionnel PROFILS DE RECHARGE MIX ELECTRIQUE : France et Europe RECYCLAGE IMPACTS: GES.../... Comité de pilotage : ADEME, MEEDDM, Ministère Industrie, Ministère de la Recherche et Technologie Comité technique : Industriels (constructeurs automobiles, batteries, électriciens), instituts scientifiques et techniques (dont IFPEN) , ONG Réalisation : sélection consultant ACV via AO Échéance visée : Fin 2011 © 2011 2010 - IFP Energies Energiesnouvelles nouvelles Énergies renouvelables | Production éco-responsable | Transports innovants | Procédés éco-efficients | Ressources durables