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Que nous apprend "l’Analyse de Cycle de Vie" d’une automobile ?

Philippe Cotte & Grégory Launay - 29 aout 2010 - Dernière mise à jour : 27 aout 2011

 

Qu'est ce que l’Analyse de Cycle de Vie ?

Aujourd’hui, nous sommes tous plus ou moins familiarisés avec le problème des émissions de gaz à effet de serre et pour ce qui concerne l’automobile, des rejets de CO2.

Il faut bien admettre que c’est avant tout l’atteinte au porte monnaie qui nous rend sensible. Le coût d’un plein d’essence ça parle à peu prés à tout le monde ! Nous avons donc vite fait de faire le lien entre consommation du véhicule et émission de CO2 dont les chiffres abondent maintenant dans les magazines spécialisés.

Mais ces chiffres ne traduisent que la dernière couche d’émissions de CO2 dite du « réservoir à la roue » (« tank to wheel » dans la langue de Shakespeare), c'est-à-dire l’impact CO2 lié à l’utilisation même du véhicule.

Mais force est de constater que le carburant utilisé n’est pas arrivé par miracle dans les stations services. Lui-même a nécessité de l’énergie et donc des émissions de CO2 pour l’extraire, le transporter, le raffiner,… Si on ajoute ces émissions aux précédentes on raisonne alors « du puits à la roue » (« from weel to wheel »), on comprend aisément l’image.

La même remarque peut être faite pour l’étape de fabrication du véhicule qui a nécessité également de consommer de l’énergie avec, là encore, des émissions de CO2 à la clé.

Cela nous mène à la notion d’Analyse de Cycle de Vie (ACV) qui a justement pour objectif de répondre à la question suivante : « Quel est l’impact environnemental d’un véhicule en prenant en compte l’ensemble des étapes de sa vie ».

Le but recherché par cette logique, on l’aura compris, est de comptabiliser les différents impacts d'un produit sur les ressources et l’environnement tout au long de sa vie, de l'extraction des matières premières jusqu'au traitement en fin de vie (mise en décharge, incinération, recyclage, etc), cycle souvent qualifié de berceau au tombeau (« cradle to grave »). Ainsi pour toute utilisation d’un produit de grande consommation on peut distinguer :

  • Un impact lié à l’obtention de la matière première : extraction, transport, transformation des matières premières de base. L’extraction du minerai de fer par exemple, son transport puis la transformation en fonte ou acier puis ensuite en tôle ou lingots.

  • Un impact lié à la fabrication et l’assemblage de l’objet : par exemple l’emboutissage de tôle, coulage en fonderie, puis assemblage des différentes pièces constituant l’objet final.

  • Un impact lié à la logistique amont, c'est-à-dire le transport des matières et des pièces entre les différentes usines de fabrication et/ou d’assemblage. Par exemple, la plupart des pièces d’un moteur sont aujourd’hui fabriquées dans des usines de différents fournisseurs spécialisés et sont ensuite livrées dans une usine d’assemblage du constructeur automobile.

  • Un impact lié à la logistique aval, c'est-à-dire la livraison du produit fini jusque dans les points de ventes et éventuellement jusqu’au client final.

  • Un impact lié à son utilisation (la consommation de carburant).

  • Enfin un impact lié à la fin de vie du véhicule : démontage, recyclage, destruction, etc.

Les différentes étapes du cycle de vie d’une voiture

Mais qu’est ce qui se cache derrière le mot impact ? Dans une analyse dite ACV, on peut s'intéresser aux domaines suivants :

  • Potentiel d’acidification : quantification du potentiel acide (Lapalisse n’aurait pas dit mieux !) et son impact par exemple sur les pluies acides.

  • Potentiel ozone : quantification de l’ozone polluant à l’origine de problème respiratoire (ce qui est différent du problème de l’ozone atmosphérique, du fameux trou).

  • Appauvrissement des ressources naturelles : quantité de matière première consommée.

Pour la suite nous nous concentrerons uniquement sur le problème du réchauffement climatique. On peut préciser, enfin, que ce type d’approche est apparu il y a une quarantaine d’années et fait parfois l’objet d’une norme comme c’est le cas en France avec les normes de la série ISO 14040.

 

L’ACV appliquée à automobile

Maintenant que l’on a compris le principe, passons aux travaux pratiques : et ma voiture dans tout ça ? La production du carburant tout d’abord. L’ensemble des chiffres trouvés dans la littérature sont du même ordre de grandeur et indiquent entre 80% et 90% de rendement pour le raffinage et le transport du carburant. Le chiffre réel est différent suivant que l’on parle de carburant diesel, essence, qu’il soit obtenu à partir de brut saoudien ou canadien, etc. Ce qui nous intéresse bien sûre c’est l’ordre de grandeur, nous retiendrons le chiffre de 87% qui est une moyenne évaluée par l’ADEME.

Qu’est ce que cela signifie exactement ? Et bien tout simplement que lorsque l’on achète 1 litre de carburant à la pompe il a fallu en extraire environ 1,15 (soit 1 / 0,87) du sol en équivalent énergétique et donc consommer 0,15 litre pour mettre le litre restant à disposition de qui voudra bien l’acheter.

Rapporté aux émissions de CO2, cela veut dire qu’une voiture qui est donnée par la réglementation pour émettre 153 grammes de CO2 par kilomètre lorsqu’elle roule (soit environ 6 litres de carburant au 100 km, la voiture moyenne vendue en Europe en 2008) émet en réalité environ 176 grammes (153 / 0,87) une fois pris en compte la fabrication et le transport du carburant.

Penchons nous maintenant sur la fabrication du véhicule : extraction des matières premières, fabrication / montage, logistique. Pour connaitre les émissions de CO2 de ces différentes étapes nous pouvons nous reporter aux études de référence qui se sont penchées sur le problème. Nous nous appuierons ici sur trois études.

La dernière en date (à ma connaissance) qui traite du sujet  a été réalisée par la Commission Européenne (pilotée par le Joint Research Center, son centre de recherche) et publiée en mars 2008. Elle conclue à des émissions de gaz à effet de serre de l’ordre de 5 à 5,5 tonnes en équivalent CO2.

Pour ce qui est du marché américain, une étude de l’université de Californie (Reducing Greenhouse Gas Emissions with Hybrid-Electric Vehicles : An Environmental and Economic Analysis, mai 2005) donne des valeurs allant de 7 à 10 tonnes.

Pour le Japon enfin, le dernier des trois grands marchés automobiles, Hiroshi Komiyama avance un chiffre proche des 10 tonnes (Vision 2050, Roadmap for a Sustainable Earth, mai 2008).


Emissions de gaz à effet de serre (en équivalent CO2) liées à la fabrication d’un véhicule automobile – Synthèse de l’auteur

Les résultats vont presque du simple au double. Ces différences peuvent s’expliquer par les hypothèses prises pour les études : définition précise des frontières de l’étude, facteurs d’émissions utilisés pour les matières premières, équivalence CO2 des autres gaz à effet de serre (CH4, NH3, etc.).

Mais elles reflètent également les spécificités des différents marchés automobiles. Les masses des véhicules par exemple (qui conditionnent en grande partie la quantité de matière première nécessaire à la fabrication) sont très différentes d’un marché à l’autre. La logistique, ensuite, pour le transport des matières premières, des pièces et du produit fini. Cet aspect est directement lié à la nature géographique des implantations industrielles avec des distances plus importantes sur le continent nord américain qu’en Europe. Le Japon est par exemple importateur de la très grande majorité de ses matières premières ce qui n’est pas le cas du continent américain et de l’Europe. Dernier exemple, les marchés américains et japonais ont des véhicules à transmissions automatiques, ces boites de vitesses sont par nature plus complexes, plus lourdes … donc plus gourmandes en ressources. Il pourrait être intéressant également de comparer la nature de l’énergie utilisée (pétrole, charbon ou gaz) dans les différents procédés industriels ce qui peut mener aussi, pour une même tache, à des émissions différentes.

Attardons nous un instant sur la masse des véhicules. Les marchés européen et japonais sont plutôt des marchés de petites voitures (… tout est relatif bien sûr).


Masse moyenne des véhicules particuliers vendus par les 14 plus importants constructeurs automobiles dans l’Europe des 15 – Source : ACEA, chiffres 2008

Ce graphique nous montre la masse moyenne des véhicules vendus par les principaux constructeurs dans l’Europe des 15 ainsi que les volumes associés. Un calcul en moyenne pondérée nous donne une masse moyenne du véhicule de 1262 kg.

On peut faire un exercice similaire pour le marché Américain. Le graphique ci-dessous donne le top 10 des ventes de véhicules aux USA en 2008 et les masses associées. Une moyenne pondérée donne ici 1820 kg !!


Masse moyenne des 10 véhicules particuliers les plus vendus aux USA – Source : IOCA, chiffres 2008

Comme toujours c’est l’ordre de grandeur qui nous intéresse. Au vue de ce que nous venons de dire, il ne semble pas stupide de retenir le chiffre de 8 tonnes équivalent CO2. Remettons à présent cela dans le cycle de vie global de la voiture. Les trois études déjà citées nous permettent de construire le graphique suivant :


Poids des différents postes dans les émissions de CO2 d’un véhicule en Analyse de Cycle de Vie – Synthèse de l’auteur

On constate à nouveau des différences significatives entres les études. Celles-ci sont aussi liées aux hypothèses considérées. Tout d’abord, la distance parcoure en moyenne par un véhicule chaque année et sa durée de vie. Les chiffres vont de 15.000 km à 20.000 km par an (la moyenne mondiale est de 15.000 km) pour et une durée de vie comprise entre 12 et 15 ans. Les distances totales parcourues sont donc comprises entre 210.000 et 250.000 km.

Ensuite, la consommation moyenne considérée (consommation déclarée sur cycle d’homologation en vigueur dans le pays ou estimation de consommation plus fidèle de la consommation réelle d’un client moyen). Enfin, le rendement du raffinage dont les valeurs varient entre 80% et 90%.


En synthèse que pouvons nous retenir ?

En raisonnant sur notre voiture moyenne mondiale avec un usage de 15.000 km par an durant 15 ans et une consommation moyenne de 9 litres au 100 km (soit 225 grammes de CO2 au km) nous obtenons les ordres de grandeurs suivants :

  • 8 tonnes de CO2 pour sa fabrication
  • 0,5 tonnes de CO2 pour sa maintenance et son recyclage
  • 50,6 tonnes de CO2 pour son utilisation
  • 6,6 tonnes pour fabriquer le carburant nécessaire à son utilisation

Evaluation des émissions de gaz a effet de serre (en tonnes équivalent CO2) en analyse de cycle à partir du véhicule moyen mondial – Synthèse de l’auteur

Le poste fabrication pèse donc l’équivalent d’1/6 de l’utilisation du véhicule (hors production du carburant) soit environ 35.000 km.

 

Et en flux annuel, qu’est ce que cela donne ?

Revenons à présent à la manière traditionnelle de compter les émissions de gaz à effet de serre : le flux annuel. Dans les statistiques internationales, le transport (et donc l’automobile) est un poste à part entière qui prend en compte le carburant utilisé dans l’année.

Dans ce décompte l’usage de l’automobile est responsable d’environ 7% des émissions des gaz a effet de serre émis par l’homme soit 3,4 Giga tonnes d’équivalent CO2 (ou Gt CO2eq).

Nous pouvons à présent ajouter à ce chiffre la part les émissions liées au raffinage du pétrole, soit environ 0,5 Gt CO2eq (3.4 * (1-0.87)) et celles liées à la fabrication industrielle de l’année (environ 70 millions de véhicules), soit  environ 0,6 Gt CO2eq (8 tonnes par 70 millions).

Cela nous amène à un coût global lié à l’automobile par an de 4,5 Gt CO2eq en prenant en compte le cycle de vie complet ce qui représente 9% des émissions de gaz à effet de serre.


Emissions mondiales des GES par secteurs - Source : GIEC, 2007- chiffres 2004

 

Et le véhicule électrique dans tout ça ?

Il n’existe pas à ce jour d’étude publique détaillée en Analyse de Cycle de Vie d’un véhicule électrique. De telles études sont encore en cours de réalisation et les premières publications devraient venir en 2012 (par l’ADEME notamment).

Quelques premiers éléments viennent tout de même d’être rendus publics par l’organisme britannique LowCVP. La publication compare les émissions de CO2 d’un véhicule essence, d’un véhicule hybride, d’un véhicule électrique et d’un véhicule hybride rechargeable. Voici les résultats :


Comparaison des émissions de CO2 en Analyse de Cycle de Vie de différents véhicules électrifiés – Source : LowCVP, juin 2011

L’étude a prit pour hypothèses un « véhicule 2015 » réalisant 150.000 km durant sa vie, un carburant contenant 10% de bioéthanol et un contenu en CO2 de l’électricité de 500 g par kWh, chiffre assez proche de la moyenne Européenne.

Le fait de s’intéresser a un véhicule neuf 2015 roulant relativement peu donne des chiffres globaux très éloignés de ce que nous avons établi pour notre véhicule moyen mondial (25 tonnes au lieu de 65) mais l’important n’est pas là.

Ces résultats confirment tout d’abord que pour la partie usage le véhicule électrique est très probablement moins émetteur qu’un véhicule thermique (ce point est détaillé ici). L’étude met également en avant que la partie production est plus émettrice dans le cas d'un véhicule électrique ce qui est très probablement du a la fabrication de la batterie.

En synthèse cette étude donne un résultat global en faveur du véhicule électrique : 19 tonnes de CO2 contre 24, soit 20% de moins.

Outre le fait que ces résultats sont valables en Europe uniquement, il est toujours bon de rappeler que l’enjeu auquel nous devons faire face est une division par 3 des émissions globales du parc automobile avec un doublement de ce parc