Les voitures électriques réduisent les émissions urbaines de plus d’un tiers, révèle une nouvelle étude
Une étude novatrice pourrait réorienter la manière dont les villes évaluent l’impact environnemental réel des transports. Des chercheurs de l’Université de Chang’an ont quantifié, pour la première fois, l’empreinte énergétique et carbone complète du cycle de vie du trafic routier urbain en tant que système intégré, couplant à la fois les infrastructures et les véhicules. Les résultats sont frappants : le passage des voitures traditionnelles à essence aux véhicules électriques à batterie (VEB) peut réduire la demande totale en énergie fossile et les émissions de gaz à effet de serre d’un réseau routier urbain de plus de 30 % — sans attendre une électricité plus propre ou une chimie de batterie révolutionnaire.
Cette étude, publiée en mai dans la Revue chinoise d’ingénierie automobile, rompt avec les approches conventionnelles qui évaluent les routes et les véhicules de manière isolée. L’équipe dirigée par Fu Pei et l’auteur principal Chen Yisong a modélisé un tronçon de 10 kilomètres d’une artère urbaine de Xi’an sur une durée de vie de 15 ans, prenant en compte non seulement le bitume, le ciment et les engins de chantier, mais aussi chaque composant de chaque véhicule qui y circule — de l’acier et de l’aluminium dans le châssis au cuivre dans le câblage et au lithium dans les batteries. Le résultat est une image holistique de ce que cela coûte réellement, en énergie et en émissions, pour maintenir la circulation d’une ville.
« Il ne s’agit plus seulement des pots d’échappement », déclare Chen Yisong, professeur à l’École d’automobile de l’Université de Chang’an. « Les décisions politiques basées uniquement sur les émissions des pots d’échappement des véhicules sont dangereusement incomplètes. On peut croire verdir les transports, mais si l’on ignore le carbone incorporé dans la construction des routes ou les émissions de la production des batteries, on risque de remplacer un type de pollution par un autre — ou pire, de créer une dette environnementale cachée. »
Le scénario conventionnel du véhicule à moteur à combustion interne (VCI) sert de référence. Pour un seul segment routier de 10 km supportant 16 291 véhicules par jour — représentatif d’un corridor urbain très fréquenté — la consommation totale d’énergie fossile sur le cycle de vie atteint un chiffre stupéfiant de 3,26 milliards de mégajoules (MJ), avec des émissions de gaz à effet de serre totalisant 216 millions de kilogrammes d’équivalent CO₂ (éq. CO₂). Pour mettre cela en perspective, cela représente les émissions annuelles d’environ 47 000 ménages américains moyens.
Mais c’est là que le récit change. Lorsque la même route n’accueille que des VEB — même volume de trafic, même infrastructure — la demande énergétique totale chute à 2,20 milliards de MJ, une réduction de 32,5 %. Plus impressionnant encore, les émissions de carbone chutent à 138 millions de kg éq. CO₂, une baisse de 36,1 %. C’est plus que les émissions économisées en éteignant simplement les pots d’échappement ; c’est un gain d’efficacité à l’échelle du système.
Qu’est-ce qui explique une amélioration aussi spectaculaire ? Selon la modélisation, la réponse se trouve dans la phase opérationnelle — et non la fabrication. S’il est vrai que produire un VEB aujourd’hui est plus intensif en énergie et en carbone que de construire un VCI — principalement en raison des matériaux de batterie comme le lithium, le cobalt et le nickel, et de l’énergie requise pour la formation des cellules — l’étude montre que ces coûts initiaux sont massivement compensés pendant la durée de service de 150 000 kilomètres du véhicule.
Avec le mix électrique actuel de la Chine, qui repose encore largement sur le charbon, les VEB restent globalement plus propres. Pourquoi ? Parce que la combustion interne est intrinsèquement inefficace : environ 65 à 70 % de l’énergie contenue dans l’essence est perdue sous forme de chaleur gaspillée par le moteur et l’échappement. Les moteurs électriques, au contraire, convertissent plus de 85 % de l’énergie du réseau en mouvement. Même avec une alimentation électrique riche en carbone, brancher une prise reste plus avantageux que brûler du carburant du puits à la roue.
Les données le confirment. Dans le scénario VCI, l’étape d’exploitation du véhicule représente un colossal 64 % des émissions totales du cycle de vie — presque entièrement du CO₂ émis par le pot d’échappement. Remplacez par des VEB, et ce chiffre s’effondre à seulement 32 %. Oui, les émissions en amont de la production d’électricité augmentent, et la production de batteries ajoute environ 18 % à l’empreinte de fabrication du véhicule — mais l’effet net reste une victoire massive.
Les hybrides racontent une histoire plus nuancée. Les hybrides conventionnelles (HEV) et les hybrides rechargeables (PHEV) montrent des améliorations modérées : les HEV réduisent les émissions totales d’environ 27 %, les PHEV d’environ 24 % par rapport aux VCI. L’écart plus faible qu’attendu entre les HEV et les PHEV pourrait refléter les habitudes d’utilisation réelles : de nombreux propriétaires de PHEV, suggèrent des études, les branchent rarement, les utilisant effectivement comme des hybrides plus lourds et plus complexes. Leur batterie et leur moteur électrique supplémentaires ajoutent un fardeau de fabrication sans offrir les avantages complets des kilomètres électriques.
Puis il y a le cas particulier : les véhicules à pile à combustible à hydrogène (FCV). Dans le paysage technologique et énergétique actuel, les FCV augmentent les émissions totales du système — de 25 % de plus que les VCI, un constat qui donne à réfléchir. Le coupable ? La production d’hydrogène. Plus de 95 % de l’hydrogène mondial aujourd’hui est « gris », produit à partir de gaz naturel par reformage du méthane à la vapeur (SMR), un processus qui émet près de 10 kg de CO₂ pour chaque kilogramme de H₂ produit. Même avec des hypothèses optimistes sur l’efficacité du véhicule et l’allègement, les émissions en amont de l’hydrogène éclipsent tout avantage lié à l’absence de pot d’échappement.
« Le résultat sur les FCV n’est pas un verdict sur la technologie », met en garde Fu Pei, l’auteur principal de l’étude et ingénieur spécialisé dans les systèmes à hydrogène. « C’est un instantané de l’économie de l’hydrogène actuelle. Si vous produisez du H₂ par électrolyse en utilisant un excédent d’énergie éolienne ou solaire — l’« hydrogène vert » — le tableau change complètement. Mais actuellement, déployer des FCV sans une décarbonation simultanée de l’approvisionnement en hydrogène serait contre-productif pour l’environnement. »
Les chercheurs ne se sont pas arrêtés à la comparaison des types de véhicules. Ils ont réalisé des analyses de sensibilité approfondies pour tester comment des variables du monde réel pourraient modifier les conclusions — et les résultats sont instructifs pour les urbanistes et les décideurs politiques.
Premièrement, le volume de trafic. Intuitivement, plus de voitures signifient plus d’émissions. Mais l’étude révèle que la façon dont les émissions évoluent dépend du groupe motopropulseur. Lorsque le trafic quotidien fluctue de ±10 %, les systèmes basés sur les FCV montrent la plus grande variation proportionnelle des émissions (+9,2 % / -9,2 %), tandis que les systèmes VEB montrent la plus faible (+8,4 % / -8,4 %). Pourquoi ? Parce que les VEB découplent les émissions opérationnelles de la combustion directe de combustibles fossiles. Leur profil d’émissions est plus stable, tamponné par l’intensité carbone moyenne du réseau. Les VCI et les FCV, tous deux dépendants d’intrants discrets de combustibles fossiles par kilomètre, sont plus volatils.
Deuxièmement, la progression technologique des FCV. L’équipe a modélisé trois scénarios futurs : une réduction de la consommation d’hydrogène (de 1,1 à 0,8 kg/100 km) et un allègement des véhicules (jusqu’à 35 % de réduction de masse via des composites avancés et la conception). Même avec ces améliorations agressives — représentant un FCV de niveau 2035 — les émissions totales du cycle de vie ne chutent qu’à un niveau équivalent à celui des VCI. Pour surpasser les VEB, il faudrait à la fois des véhicules ultra-efficaces et de l’hydrogène vert à grande échelle. La barre est haute.
Enfin, et peut-être le plus pertinent pour les politiques à court terme, l’équipe a modélisé des scénarios de mix de parc automobile. Les parcs urbains chinois actuels sont encore dominés par les VCI (~90 %), les hybrides, les hybrides rechargeables et les VEB ne représentant que des parts à un chiffre — et les FCV étant à peine enregistrés (<0,1 %). Mais que se passe-t-il si les villes accélèrent l'adoption ? Les chercheurs ont simulé trois trajectoires de transition plausibles :
- Scénario 1 (Court terme) : Les VCI tombent à ~78 %, les VEB augmentent à ~7 %
- Scénario 2 (Moyen terme) : Les VCI ~49 %, les VEB ~19 %
- Scénario 3 (Ambitieux) : Les VCI ~21 %, les VEB ~34 %, les hybrides et PHEV progressant régulièrement
Les économies d’émissions sont linéaires et substantielles : une réduction de 2,9 % dans le scénario 1, grimpant à 11,8 % dans le scénario 2, et une réduction frappante de 20,2 % dans le scénario 3. Chaque VEB ajouté au parc offre des avantages composés — non seulement des émissions nulles à l’échappement, mais aussi une usure réduite des routes (freinage régénératif plus doux), une demande plus faible pour le raffinage du pétrole et une diminution des polluants atmosphériques locaux comme les NOx et les particules.
Ce qui est souvent négligé — et ce que cette étude souligne avec force — c’est l’asymétrie entre les contributions de la route et des véhicules. Sur les 3,26 milliards de MJ consommés dans le scénario de référence VCI, 77 % proviennent des véhicules, et seulement 23 % de la route elle-même. De même, les véhicules représentent 89,5 % du total éq. CO₂. Cela renverse la logique des initiatives vertes conventionnelles centrées sur les infrastructures. Planter des arbres le long des autoroutes ou utiliser de l’asphalte recyclé sont des actions louables, mais elles ne font que gratter à la marge. Le véritable point de levier est le groupe motopropulseur.
« La route est une scène ; les véhicules sont les acteurs », dit Chen. « Vous pouvez construire le théâtre le plus durable au monde, mais si la pièce parle de charbon, le spectacle est toujours sale. Nos données indiquent que les réductions les plus rapides et les plus profondes viendront de l’électrification du parc — et non de retouches incrémentielles des recettes de revêtement. »
Cela ne signifie pas qu’il faille ignorer complètement la durabilité des routes. L’étude confirme que la construction routière est intensive en carbone — surtout le ciment (émettant ~830 kg CO₂ par tonne) et le bitume (~634 kg CO₂ par tonne pour les grades modifiés). La seule phase d’acquisition des matériaux pour la route de 10 km contribue à près de 23 millions de kg éq. CO₂. Le recyclage et les liants alternatifs (comme les ciments géopolymères ou le bio-bitume) restent importants. Mais leur impact est éclipsé par les émissions opérationnelles.
Les implications se répercutent largement. Pour les gouvernements municipaux rédigeant des plans d’action pour le climat, cette recherche plaide en faveur de la priorisation des infrastructures de recharge pour véhicules électriques, de l’électrification des bus et des incitations à l’achat par rapport aux projets purement routiers. Pour les constructeurs automobiles, elle valide le pivot stratégique vers les VEB — même s’ils se couvrent avec des hybrides — comme la voie la plus crédible vers une mobilité nette zéro. Et pour les investisseurs, elle met en lumière le risque systémique à s’accrocher à la combustion interne : à mesure que la comptabilité du cycle de vie devient la norme dans les rapports ESG, les portefeuilles lourds en VCI pourraient faire face à une dévaluation soudaine.
De manière cruciale, l’étude expose également un angle mort dans les métriques politiques actuelles. De nombreuses villes se vantent de « zones à faibles émissions » qui interdisent les véhicules diesel anciens — mais si ces zones se remplissent simplement de voitures à essence plus récentes ou d’hybrides inefficaces, la baisse des émissions au niveau du système est minime. Une véritable décarbonation exige de mandater des véhicules à émission zéro, et pas seulement « à faibles émissions ».
De plus, la recherche remet en question l’idée que les VEB ne sont propres que si le réseau est propre. Oui, un réseau lourd en charbon réduit leur avantage — mais, chose cruciale, il ne l’efface pas. Et les réseaux électriques deviennent plus propres, partout. La Chine a ajouté plus de capacité solaire et éolienne en 2023 que le reste du monde combiné. À mesure que le réseau se décarbonise, les VEB deviennent plus propres automatiquement, sans avoir besoin d’être remplacés. Les VCI et les FCV fonctionnant à l’hydrogène gris, en revanche, sont verrouillés dans leur profil d’émission pour toute leur durée de vie.
Il y a aussi la question des co-bénéfices que le modèle ne capture pas : des rues plus silencieuses, une réduction des maladies respiratoires dues aux polluants des pots d’échappement, des coûts de maintenance inférieurs (moins de pièces mobiles) et la sécurité énergétique (l’électricité peut être sourcée localement ; le pétrole non). Ceux-ci sont plus difficiles à quantifier mais vitaux pour la qualité de vie urbaine.
Bien sûr, des défis subsistent. L’approvisionnement en matières premières pour les batteries — en particulier le lithium, le cobalt et le nickel — soulève des préoccupations légitimes quant aux impacts de l’extraction minière et à l’éthique de la chaîne d’approvisionnement. L’étude le reconnaît : les VEB présentent un « potentiel d’acidification » et une « toxicité humaine » plus élevés dans leur phase de fabrication, largement liés à l’extraction et au raffinage. Mais les auteurs soutiennent que ceux-ci sont gérables grâce à des stratégies d’économie circulaire : un recyclage robuste des batteries (récupérant >90 % des métaux clés), des chimies de nouvelle génération (par exemple, le phosphate de fer et de lithium — LFP — déjà dominant en Chine — réduit la demande de cobalt à zéro) et des normes d’approvisionnement responsables.
L’alternative — s’en tenir aux VCI — revient simplement à échanger un ensemble de problèmes contre un autre : la dépendance géopolitique au pétrole, la volatilité des prix du carburant et les dommages climatiques irréversibles.
À l’avenir, les chercheurs prévoient d’élargir le modèle. Les prochaines étapes incluent l’intégration de la technologie vehicle-to-grid (V2G) — où les VEB stationnés renvoient de l’énergie au réseau pendant les pics de demande, transformant effectivement le parc en un réseau de stockage d’énergie distribué — et la modélisation de l’impact de la conduite autonome sur l’efficacité du flux de trafic et l’utilisation de l’énergie.
Mais pour l’instant, le message est clair, fondé sur des données et urgent : l’électrification n’est pas un idéal futuriste. C’est l’outil le plus efficace dont disposent les villes dès maintenant pour réduire l’empreinte carbone de leurs systèmes de transport. Et plus la transition s’accélère rapidement, plus les réductions seront profondes.
Alors que les populations urbaines gonflent — 68 % de l’humanité vivra dans les villes d’ici 2050, contre 56 % aujourd’hui — les enjeux ne pourraient pas être plus élevés. Les routes encombrées, polluées et intensives en carbone sont un système hérité que les villes ne peuvent plus se permettre. Cette étude fournit l’épine dorsale empirique d’une vision différente : des artères urbaines silencieuses, propres et efficaces, vibrant non pas de combustion, mais d’électrons.
La route vers le net zéro n’est pas pavée de bonnes intentions. Elle est pavée d’électrons — et, selon cette comptabilité rigoureuse du cycle de vie, c’est exactement ainsi que cela devrait être.
Fu Pei, Cai Xu, Liu Junzhe, Lan Libo, Yang Yang, Chen Yisong École d’automobile, Université de Chang’an, Xi’an 710064, Chine ; Collège d’ingénierie des transports, Université de Chang’an, Xi’an 710064, Chine Revue chinoise d’ingénierie automobile, Vol.13, No.3, Mai 2023 DOI: 10.3969/j.issn.2095‒1469.2023.03.14