Innovation des VE : accélérer la transition vers une mobilité durable

Comme d’autres secteurs, l’industrie automobile doit évoluer pour relever les futurs défis économiques et écologiques. Aujourd’hui, les véhicules thermiques sont responsables de près de 10% des émissions de CO2 dans le monde. Dans les pays développés comme la France, ce chiffre atteint 15%. L’électrification de ces véhicules est donc un enjeu clé de la transition vers une économie à faible émission de carbone.

D’après le “World Energy Outlook 2022” publié par l’Agence internationale de l’énergie, l’augmentation de la demande mondiale d’électricité d’ici à 2030 équivaut à l’addition de la consommation actuelle d’électricité des États-Unis et de l’Union européenne ! Une telle augmentation de l’électricité est de l’ordre de +5 900 à +7 000 TWh selon les scénarios.

Les principaux contributeurs à une telle augmentation sont :

• le transport électrique dans les économies avancées,
• la croissance démographique et la demande de refroidissement dans les marchés émergents et les économies en développement.

La mobilité électrique est un enjeu important et un facteur majeur de la demande supplémentaire d’électricité. Cependant, cet objectif ne doit pas seulement se concentrer sur le développement et l’évolution des véhicules par les constructeurs mais aussi prendre en compte les infrastructures.

Il est important de mettre l’accent sur les besoins en infrastructures de recharge et en technologies innovantes dédiées aux véhicules électriques (VE), qui doivent permettre aux utilisateurs de ce type de véhicule de se déplacer partout, à tout moment, en toute sérénité et d’assurer le bon fonctionnement du système électrique.

Véhicules électriques : un changement majeur imposé par la transition énergétique

Les pouvoirs publics de plusieurs pays multiplient les initiatives pour favoriser cette évolution des solutions de mobilité. Parmi les actions en vigueur ou à l’étude, un nombre croissant de pays se sont engagés à supprimer progressivement les moteurs à combustion interne ou ont des objectifs ambitieux d’électrification des véhicules pour les prochaines décennies. En Europe, l’objectif fixé est de stopper les ventes de nouveaux véhicules à moteur thermique d’ici 2035.

Le scénario des engagements annoncés (APS) de l’AIE, qui repose sur les engagements et les annonces politiques existants en matière de climat, suppose que les VE représentent plus de 30 % des véhicules vendus dans le monde en 2030, tous modes confondus (à l’exclusion des véhicules à deux ou trois roues). Bien qu’impressionnant, ce chiffre est encore bien loin des 60 % nécessaires d’ici 2030 pour s’aligner sur une trajectoire qui permettrait d’atteindre des émissions nettes de CO2 nulles d’ici 2050.

A l’horizon 2025, on estime que le marché du véhicule électrique en France représentera 12 milliards d’euros, dont 8 à 11 milliards d’euros de ventes de véhicules électriques, 150 à 250 millions d’euros pour les bornes de recharge et 300 à 600 millions d’euros pour la vente d’électricité nécessaire à la recharge.

Le déploiement rapide des stations de recharge des véhicules électriques, condition clé du développement des véhicules électriques

Cette transition vers les véhicules électriques nécessite trois conditions principales pour atteindre l’ambition visée :

• Le développement de véhicules nouveaux et attractifs, avec pour enjeux : la capacité des batteries face à la densité énergétique d’un litre de pétrole, la disponibilité des ressources minérales pour renouveler entièrement le parc automobile mondial (en raison de la rareté des métaux rares), l’enjeu de l’empreinte environnementale d’un véhicule électrique (au-delà de la seule question de la rareté des métaux).
• La disponibilité de l’énergie où et quand les véhicules seront rechargés. Bien que l’impact d’un véhicule électrique sur le réseau électrique soit très limité au niveau domestique, les 22 millions de véhicules électriques et hybrides attendus en 2025 en Europe augmenteront considérablement la demande globale d’électricité (de 4 860 en 2020 à 47 000 GWh en 2025), ce qui nécessitera à la fois un renforcement du réseau, davantage d’énergie et, en outre, une gestion plus intelligente de la charge pour équilibrer l’utilisation et la disponibilité de l’énergie.
• Enfin, le déploiement d’un réseau dense de stations de recharge (EVCS) pour apporter une solution au consommateur en mobilité.

Fondamentalement, le réseau EVCS sera efficace s’il est déployé comme un écosystème global répondant aux besoins des consommateurs dans quatre applications principales :

• La charge “à domicile” (90% des charges de VE se font aujourd’hui à domicile, individuel ou collectif) ;
• La charge “au travail” (bâtiments tertiaires ou institutionnels, usines,…) ;
• La charge “en ville” (magasins, restaurants, parkings publics,…) ;
• La charge “en voyage” (autoroutes).

Chacune de ces applications obéit à ses propres contraintes en matière de coût économique de déploiement, de temps de chargement prévu, de concurrence avec les autres véhicules, de facturation de l’énergie à l’utilisateur… Quel que soit le type de solution de charge à proposer (en courant alternatif pour la majorité des besoins ou en courant continu pour la charge rapide), elle imposera des contraintes importantes sur le réseau électrique qu’il faudra anticiper.

Cet écosystème vaste et complexe à déployer en une décennie nécessitera des investissements importants mais aussi une forte innovation pour une évolutivité maximale des installations et une gestion intelligente de l’énergie.

Les partenariats et l’innovation sont essentiels

Pour illustrer ce défi de l’innovation, nous pouvons citer par exemple 2 projets impliquant les équipes R&D de Nexans en partenariat avec Enedis ces dernières années :

• Projet “BIENVENU” : Comment proposer une infrastructure de recharge évolutive et économique dans des bâtiments d’habitat collectif conçus bien avant l’essor du véhicule électrique (seulement 2% équipés en 2022 en France, pour ~45% de la population vivant en habitat collectif) ?
• Projet “SMAC” : Comment créer les conditions technologiques permettant le Vehicule-to-Grid (V2G) pour injecter l’énergie stockée dans les batteries des VE dans le réseau lors des pics de consommation d’énergie ou pour compenser la production intermittente d’énergie à partir de sources renouvelables ?

Nexans propose également, avec son partenaire e-Novates, une gamme complète de bornes de recharge en courant alternatif de 7 à 22 kW conçues pour s’adapter à diverses applications intérieures/extérieures pour des clients professionnels ou publics.

Cette gamme de produits sera entièrement renouvelée en 2023 avec de nouveaux modèles rapides à installer et compatibles avec la nouvelle norme ISO 15 118. En parallèle sera présentée la nouvelle version de la solution de câblage évolutive Nexans “NEOBUS”, conçue en partenariat avec MICHAUD, dédiée aux parkings souterrains intégrant un risque spécifique de sécurité incendie.

Nexans est donc un acteur clé de cette évolution du marché du véhicule électrique. Les nouvelles solutions proposées faciliteront grandement la vie quotidienne des utilisateurs, tant dans le secteur privé que sur la voie publique, et amélioreront l’attractivité de ces nouveaux véhicules.

Il est clair que les éléments de différenciation sont les facteurs clés de l’innovation :

• Pour les véhicules, le design global, la fiabilité dans le temps et l’autonomie liée à la puissance et à l’efficacité des batteries, sont des facteurs de différenciation ;
• Pour les équipements d’infrastructure de recharge, nous pensons que les principaux critères de différenciation ne sont pas liés au matériel mais à la couche numérique qui permet le suivi des bornes de recharge, interfacée avec les moyens de paiement, et les applications qui améliorent l’expérience client. Le deuxième axe de différenciation est la facilité et la rapidité d’installation des bornes et leur raccordement au réseau électrique.

Limiter l’impact sur l’environnement

Le déploiement des véhicules électriques et leur part croissante dans la mobilité auront un impact significatif sur la réduction du réchauffement climatique, à condition bien sûr que de l’électricité décarbonée soit produite et utilisée. Cependant, il est également important de considérer l’impact des véhicules électriques sur les ressources, notamment le cuivre. En 2020, la production est de 21 Mt pour une consommation quasi équivalente. La demande va s’accélérer du fait de l’électrification et notamment de la mobilité électrique.

Concrètement, un véhicule thermique traditionnel nécessite 20 kg de cuivre, un véhicule hybride deux fois plus (40 kg), et un véhicule électrique 80 kg de cuivre en moyenne, soit 4 fois plus qu’un véhicule classique (cette quantité peut atteindre 200 kg pour certains modèles comme Tesla).

À cette augmentation conséquente de métal dédié aux véhicules électriques, on peut ajouter le cuivre nécessaire à l’infrastructure de recharge, aux équipements de recharge en courant alternatif et continu, mais aussi au système de connexion au réseau électrique. Selon une estimation prudente, 3Mt de métal seront nécessaires pour cette transition.

Pour limiter l’impact de la transition électrique sur les ressources en cuivre, il est nécessaire d’accompagner le changement par une filière de recyclage du cuivre et la mise en place d’un écosystème d’économie circulaire.