Les flottes hybrides réduisent les coûts et les émissions
Une étude révolutionnaire de l’Université des sciences et technologies de Shanghai révèle que les entreprises de logistique peuvent réduire significativement leurs coûts opérationnels et leurs émissions de carbone en adoptant une stratégie de flotte mixte, combinant des véhicules à moteur à combustion interne (ICEV) avec des véhicules électriques (EV). La recherche, menée par Qiu Yingying et le professeur Gan Hongcheng, démontre qu’une flotte hybride stratégiquement optimisée peut réduire les coûts totaux de la logistique d’environ 12 % par rapport à une flotte traditionnelle entièrement diesel, tout en réalisant des réductions substantielles de la consommation d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre.
Publiée dans le Journal of Chongqing Technology and Business University (Natural Science Edition), l’étude s’attaque à un défi crucial de la logistique urbaine moderne : l’impact environnemental de la livraison en « dernier kilomètre ». Bien que les camions diesel aient longtemps dominé le secteur, leur contribution à la pollution de l’air et au changement climatique est devenue de plus en plus intenable. Parallèlement, une transition complète vers des flottes électriques présente ses propres obstacles logistiques, notamment une autonomie limitée, des temps de recharge longs et des coûts d’achat initiaux plus élevés. Les chercheurs affirment qu’une approche hybride offre un compromis pragmatique et économiquement viable.
Le cœur de l’étude repose sur un modèle d’optimisation nouvellement développé pour le problème de routage des véhicules (VRP) sous contraintes de faible émission de carbone. Contrairement aux recherches antérieures qui se concentraient souvent exclusivement sur les véhicules ICEV ou EV, ce travail modélise explicitement une flotte mixte, intégrant les caractéristiques opérationnelles distinctes des deux types de véhicules. Le modèle prend en compte un ensemble complet de variables, notamment les coûts fixes des véhicules, les frais par kilomètre parcouru, la consommation de carburant et d’électricité, les coûts liés aux émissions de carbone, ainsi que les contraintes des fenêtres horaires des clients et de la capacité de charge du véhicule.
Le cadre d’optimisation vise à minimiser le coût total d’une opération de livraison, qui inclut le coût de déploiement des véhicules, le coût du carburant ou de l’électricité, et le coût financier associé aux émissions de carbone. En attribuant une valeur monétaire aux émissions de CO₂, le modèle incite à trouver des solutions qui sont non seulement moins coûteuses à exploiter, mais aussi plus durables sur le plan environnemental. Cette intégration du coût environnemental dans le calcul économique de la planification logistique est une innovation clé, reflétant un changement vers une comptabilité des coûts réels dans la gestion de la chaîne d’approvisionnement.
Pour résoudre ce problème d’optimisation complexe, les chercheurs ont mis en œuvre une approche algorithmique sophistiquée. Ils ont utilisé une méthode d’optimisation par essaim de particules (PSO), reconnue pour son efficacité à naviguer dans de vastes espaces de solutions, et l’ont améliorée avec le critère de Metropolis du recuit simulé. Cet algorithme hybride est conçu pour éviter de rester bloqué dans des solutions sous-optimales locales, un piège courant dans de tels problèmes combinatoires complexes. Cette robustesse computationnelle a permis à l’équipe de mener une analyse comparative détaillée entre trois configurations de flotte : une flotte entièrement diesel, une flotte entièrement électrique et une flotte mixte composée de cinq véhicules diesel et cinq véhicules électriques.
Les résultats des expériences informatiques sont convaincants. La flotte entièrement diesel, bien qu’elle nécessite le moins de véhicules (quatre), supporte le coût total le plus élevé, presque 17 000 unités monétaires. Ce coût élevé est dû à une consommation de carburant importante et aux frais associés aux émissions de carbone. En revanche, la flotte entièrement électrique, qui nécessite sept véhicules pour desservir le même ensemble de points de livraison, atteint le coût total le plus bas. Ce résultat souligne l’avantage économique fondamental de l’électricité comme source d’énergie, qui est moins chère et produit zéro émission au niveau du tuyau d’échappement.
La flotte mixte, cependant, se révèle être la solution la plus équilibrée et la plus pratique. Avec un coût total d’environ 14 939 unités, elle représente une réduction de 12 % par rapport à la flotte diesel. Bien que son coût soit légèrement supérieur à celui de l’option entièrement électrique, elle nécessite trois véhicules de moins et parcourt une distance totale nettement plus courte : 783 kilomètres contre plus de 1 080 kilomètres pour la flotte électrique. Cette réduction de la distance parcourue est une conséquence directe des limitations d’autonomie des véhicules électriques, qui nécessitaient plus de détours fréquents vers des stations de recharge, augmentant ainsi la distance totale parcourue.
Les résultats de l’étude mettent en évidence un compromis crucial. Une flotte entièrement électrique minimise les coûts énergétiques et les coûts d’émission, mais peut entraîner une complexité opérationnelle accrue et des itinéraires de livraison plus longs en raison de la nécessité d’une infrastructure de recharge. Une flotte mixte, en revanche, exploite la grande autonomie des véhicules diesel pour les trajets longs, tout en utilisant les véhicules électriques pour des itinéraires plus courts et urbains, où leurs avantages environnementaux sont les plus marqués. Cette allocation stratégique des types de véhicules à des tâches spécifiques est ce qui permet au modèle hybride de réaliser ses économies en termes de coûts et d’émissions.
L’équipe de recherche a mené une analyse de sensibilité détaillée pour explorer comment les évolutions de la technologie des véhicules électriques pourraient encore améliorer les performances d’une flotte mixte. Ils ont examiné l’impact de l’augmentation de la capacité de charge maximale des véhicules électriques. À mesure que la capacité de charge augmente de 20 %, 40 % et jusqu’à 100 %, le coût total de livraison, le coût énergétique et les émissions de carbone diminuent tous. Cela s’explique par le fait qu’une plus grande capacité de charge permet à un seul véhicule de desservir plus de clients sur un seul itinéraire, réduisant ainsi le nombre total de trajets et la distance associée.
Curieusement, le taux de réduction des coûts commence à se stabiliser à mesure que la capacité de charge continue d’augmenter. Les chercheurs attribuent cela au fait que d’autres contraintes, telles que les fenêtres horaires des clients et l’autonomie finie des véhicules électriques, deviennent finalement les facteurs limitants. Cela suggère que construire simplement des véhicules électriques plus gros n’est pas une voie linéaire vers des économies infinies. Il existe un point optimal où les bénéfices d’une plus grande capacité sont contrebalancés par des rendements décroissants imposés par d’autres contraintes logistiques et par le potentiel de coûts de maintenance plus élevés associés à des véhicules plus lourds.
Le deuxième grand domaine de l’analyse de sensibilité s’est concentré sur la vitesse de recharge des véhicules électriques. Augmenter la vitesse de recharge à partir du niveau de base a eu un effet positif marqué. Une recharge plus rapide signifie moins de temps passé à une station de recharge, ce qui se traduit directement par plus de temps disponible pour effectuer des livraisons. Cette réduction du temps d’immobilisation permet à la flotte de mieux respecter les fenêtres horaires des clients et de desservir plus de clients dans un laps de temps opérationnel donné.
À mesure que la vitesse de recharge s’améliore, le coût total de livraison, les émissions de carbone et les coûts énergétiques diminuent tous. Cependant, comme pour les résultats sur la capacité de charge, les bénéfices d’une recharge plus rapide atteignent finalement un point de rendements décroissants. Une fois que le temps de recharge est suffisamment court pour ne plus constituer un goulot d’étranglement dans l’itinéraire de livraison, des augmentations supplémentaires de la vitesse de recharge n’entraînent pas d’améliorations significatives de l’optimisation globale de l’itinéraire. Les itinéraires de livraison et les coûts totaux se stabilisent, indiquant que d’autres facteurs, tels que les conditions de circulation et la localisation des clients, deviennent les principaux déterminants de l’efficacité.
Ces analyses de sensibilité fournissent des informations concrètes aux responsables de la logistique. Elles suggèrent qu’investir dans des véhicules électriques avec une plus grande capacité de charge et garantir un accès à une infrastructure de recharge haute vitesse peut générer des avantages opérationnels substantiels. Pour une entreprise qui prévoit de passer à une flotte plus écologique, ces conclusions offrent une feuille de route claire : privilégier les véhicules avec une charge utile suffisante et s’associer à des fournisseurs de réseaux de recharge qui proposent des solutions de recharge rapide.
L’étude aborde également implicitement une préoccupation courante parmi les exploitants de flottes : la crainte que l’adoption de véhicules électriques ne compromette la fiabilité du service. En démontrant qu’une flotte mixte peut surpasser une flotte traditionnelle diesel à la fois en termes de coût et d’impact environnemental, la recherche dissipe cette inquiétude. Elle montre que la transition vers l’électrification n’a pas besoin d’être une décision binaire. Une approche progressive et par étapes, commençant par un modèle hybride, peut offrir des bénéfices immédiats tout en permettant aux entreprises de développer l’infrastructure et l’expertise nécessaires pour un avenir avec une proportion plus élevée de véhicules électriques.
Les implications de cette recherche vont bien au-delà des entreprises individuelles. Pour les décideurs politiques, elle fournit un argument économique solide en faveur du soutien à l’adoption de véhicules commerciaux électriques et hybrides. Les subventions à l’achat de véhicules électriques, les investissements dans l’infrastructure de recharge publique et la mise en œuvre de mécanismes de tarification du carbone sont tous d’autant plus justifiés lorsque les données montrent un chemin clair vers des économies de coûts et une réduction des émissions. Le modèle de l’étude, qui incorpore un coût pour le carbone, démontre comment de telles politiques peuvent influencer directement la prise de décision des entreprises, orientant les investissements vers des technologies plus durables.
Les auteurs soulignent également l’importance de la collaboration. Ils notent que parvenir à un secteur de la logistique véritablement durable nécessitera un effort concerté des gouvernements, des entreprises, des institutions académiques et des organisations non gouvernementales. Le partage des meilleures pratiques, la mutualisation des ressources pour la recherche et le développement, et la création de normes industrielles pour les données et la recharge peuvent accélérer la transition. Pour les entreprises de logistique, participer activement à ces partenariats peut leur donner accès à de nouvelles connaissances et les aider à façonner un environnement réglementaire qui soutient l’innovation.
Dans une perspective environnementale plus large, la réduction de 12 % des coûts totaux réalisée par la flotte mixte représente bien plus qu’une simple économie financière. Elle se traduit par une réduction significative de la consommation de combustibles fossiles et une diminution correspondante des émissions de CO₂. Dans le contexte des efforts mondiaux pour lutter contre le changement climatique, comme le souligne l’Agence internationale de l’énergie, chaque point de pourcentage de réduction des émissions compte. Cette recherche montre que le secteur de la logistique, souvent perçu comme un grand contributeur à la pollution urbaine, peut être une partie intégrante de la solution.
La méthodologie de l’étude est également remarquable par son réalisme. En intégrant des contraintes pratiques telles que la recharge partielle (où un véhicule n’a pas besoin de se recharger à 100 % avant de reprendre son itinéraire) et des fenêtres horaires fixes pour les clients, le modèle reflète les complexités des opérations du monde réel. Cette ancrage dans la logistique pratique rend les conclusions bien plus applicables aux gestionnaires de flottes réels que les modèles théoriques qui ignorent de tels détails.
En conclusion, la recherche de Qiu Yingying et Gan Hongcheng présente un cas convaincant en faveur de l’adoption de flottes mixtes de véhicules électriques et diesel dans la logistique urbaine. Elle va au-delà de la dichotomie simpliste « diesel contre électrique » et propose à la place une stratégie nuancée et fondée sur les données pour optimiser les opérations de flotte dans une économie à faible émission de carbone. La réduction de 12 % des coûts est un puissant incitatif pour les entreprises, tandis que la chute significative des émissions de carbone s’aligne sur les objectifs environnementaux mondiaux. Les analyses de sensibilité affinent encore cette stratégie, montrant que les améliorations de la capacité de charge et de la vitesse de recharge des véhicules électriques sont des leviers clés pour améliorer l’efficacité.
Ce travail constitue une contribution significative au domaine de la logistique verte. Il fournit une base théorique solide et un guide pratique pour les entreprises qui cherchent à réduire leur empreinte environnementale sans sacrifier la rentabilité. Alors que le monde continue de faire face aux défis du double objectif de croissance économique et de durabilité environnementale, des études comme celle-ci éclairent un chemin clair et réalisable vers un avenir plus durable pour l’industrie du transport et de la logistique.
Qiu Yingying, Gan Hongcheng, Université des sciences et technologies de Shanghai, Journal of Chongqing Technology and Business University (Natural Science Edition), doi:10.16055/j.issn.1672-058X.2024.0006.015