Quelle est l’empreinte carbone d’une voiture thermique vs électrique ?

Laurent Ayoun

Vous vous êtes probablement déjà retrouvé dans un débat interminable entre un fan de Tesla prônant les avantages de la voiture électrique et une autre personne vous disant que la construction des batteries est désastreuse. Et parce qu'il existe autant d'avis que de modèles, vous ne savez plus quoi penser ! Alors qu'on observe une prise de conscience progressive de l'enjeu climatique, une question simple demeure : entre voiture classique et électrique, laquelle pollue le moins ? Pour y répondre, prenons ensemble le temps d'y voir plus clair sur l'empreinte carbone d'une voiture 🚗.

Voiture thermique & électrique : quels enjeux ?

Au 1er janvier 2020, 38,2 millions de voitures circulent en France. Elles ont un âge moyen de 10,2 ans. En comparaison, les voitures électriques représentent moins d’1% du parc automobile. On parle donc d’une nouveauté et non de la norme. 

Voiture electrique

En France, la pollution de l'air engendre chaque année 48 000 morts dont la plus grande partie est liée aux transports et donc aux véhicules thermiques en particulier. La voiture électrique peut être vue logiquement comme une promesse parfaite : utilisation d'électricité pouvant être produite par des installations de production d'énergies renouvelables, recyclage infini de la batterie, freinage régénératif et aucune émission de particules fines.

Aujourd'hui, le débat oscille entre arguments de constructeurs et ceux d'études diverses. Les constructeurs vont diront que leurs voitures émettent moins - certains sont même connus pour avoir falsifié des données pour leurs voitures thermiques. Les études rappellent que les voitures électriques sont un désastre écologique, que l’extraction de métaux rares tue des enfants au Congo et que les voitures thermiques ne sont finalement pas si horribles que ça.

Mais alors qu’est-ce qui est vrai dans tout ça ?

La pollution de l’air

Il est important de rappeler que l'impact environnemental va au-delà de la seule empreinte carbone ; selon l'Organisation mondiale de la santé (OMS), plus de quatre millions de personnes meurent chaque année de la pollution atmosphérique. La réduction des oxydes d'azote (NOx) et d'autres particules dans l'air rend nos villes plus saines.

🖐 Bon à savoir : Selon les chercheurs, ces polluants causent plus de décès prématurés que le tabagisme ou les maladies infectieuses.

Si la qualité de l'air est (souvent) considérée comme un problème pour les villes des pays en développement, l'oxyde d'azote (NOx) et les autres particules PM2.5 posent également des problèmes importants dans les pays développés. Les véhicules électriques, en comparaison, contriburaient à réduire la pollution urbaine aux particules fines.

Empreinte carbone liée la fabrication d'une voiture

Chaîne de fabrication

Voici les différentes étapes de fabrication d’un véhicule (Spoiler alert 📢 de nombreuse phases de transport sont très polluantes) : 

Empreinte carbone voiture : la chaine de fabrication

Matériaux

Reprenons ici les chiffres d'une étude menée par l’Ademe, exprimés en kilogramme, des principaux matériaux utilisés pour une automobile classique :

Empreinte carbone voiture : les matériaux

Ainsi, le poids total d'un véhicule diesel est de 1145 kg. Celui du véhicule électrique est de 1 031 kg, en excluant la batterie.

Une batterie de véhicule électrique courante est composée de plusieurs cellules (ou pour simplifier, de plusieurs piles). Celles-ci permettent aux électrons de circuler pour créer un courant électrique, à travers l'assemblage de 3 éléments : 

  • 1 anode (électrode négative) en graphite (carbone à l’état pure)
  • 1 cathode (électrode positive) composée d’oxydes métalliques
  • 1 électrolyte qui permettent le déplacement entre les deux électrodes d’ions de lithium 

Les cellules 

Empreinte carbone voiture : les cellules
Cellule de batterie électrique lithium ion classique

🖐 Entre 2008 et 2017, les cellules utilisées dans les batteries Tesla ont gagné 50% d'énergie stockée. En 2022, ces cellules seront encore plus grandes et produiront 5 fois plus d'énergie que la génération précédente !

Anode

Le graphite est le métal le plus utilisé. Cependant certaines études en recherche et développement mettent également en avant l’utilisation du silicium. Pour rappel, c'est l'élément le plus abondant dans la croûte terrestre, après l’oxygène. 

Cathode

La cathode contient des assemblages de métaux avec du nickel, du manganèse, du cobalt et de l’acier. Dans l'industrie, le nickel et le cobalt sont les deux métaux privilégiés pour leur intensité énergétique (Wh/kg).

Empreinte carbone voiture : la cathode d'une cellule
Prix des métaux

🖐 À certaines doses, le cobalt peut être toxique pour l’homme. C’est pourquoi il est plus intéressant d'un point de vue économique et écologique, de privilégier le nickel au cobalt. 

Fin de vie & Recyclage

Dans les médias spécialisés, on entend beaucoup parler du recyclage des batteries lithium-ion des véhicules électriques. Mais qu'en est-il des voitures thermiques depuis 100 ans ? Chaque année, 1,5 millions d'automobiles se retrouvent hors d'usage dans l'hexagone. D’après Ooreka, les voitures seraient recyclées à hauteur de 82% de leur masse lorsqu’elles sont mises à la casse.

Voici les différentes phases du recyclage d’une automobile :

  1. Récupérer les pièces réutilisables
  2. Dépolluer le véhicule (huile de vidange, la batterie de démarrage, le fluide de climatisation, et des éléments explosifs comme des airbags qui imposent un recyclage strict)
  3. Trier les matériaux
  4. Recycler sous la forme de matières premières
  5. Valoriser les déchets, et enfouir les résidus ultimes ne pouvant être recyclés.
Recyclage

Seconde vie des batteries lithium-ion

Avant le recyclage, la réutilisation est une très bonne approche environnementale pour réduire l'empreinte carbone d'une voiture. Carwatt.net par exemple réutilise des batteries de véhicules électriques Renault en fin de vie pour convertir des véhicules diesel, comme les transporteurs de bagages d’aéroport. Les batteries peuvent aussi être mises dans des solutions de stockage d'énergie renouvelables qui demandent moins de performance. 

Recyclage d’une batterie lithium-ion

Les voitures électriques en fin de vie sont moins nombreuses, et représentent donc un enjeu économique encore limité. La question est toutefois d’actualité, car le sujet pourrait devenir majeur au cours des prochaines années. En effet, de plus en plus de véhicules électriques mis sur le marché dans les années 2010 arrivent aujourd'hui en fin de vie.  

Certaines techniques permettent de récupérer jusqu'à 95% les matières premières. À titre d'exemple, Tesla a annoncé que pour 2019, elle avait récupéré 1000 tonnes de nickel, 320 tonnes de cuivre et 110 tonnes de cobalt placés dans les filières de métaux recyclés. 

Durée de vie moyenne d’une voiture 

Selon une étude de l’Ademe, un véhicule a une durée de vie moyenne de 150 000 à 200 000 kilomètres, avec une durée de vie de la batterie lithium de 150 000 kilomètres.

D’après plusieurs sources reprises dans le rapport d’impact 2019 de Tesla, un véhicule à moteur à combustion interne « classique » aux États-Unis est mis à la ferraille après 17 ans d'utilisation. Avec une distance parcourue moyenne de 200 000 miles (321 869 kilomètres). 

Dans ce même rapport, sur plus d'un million de véhicules Tesla en circulation, les batteries des véhicules ayant parcouru 150 000 à 200 000 miles (241402 et 321 869 kilomètres) se sont peu dégradées (moins de 15% en moyenne). A titre de comparaison, une batterie de téléphone portable  lithium-ion est en fin de vie lorsqu'elle atteint 80% de sa capacité. 

Voiture Tesla

Émissions de gaz à effet de serre

Pour une voiture thermique

Pour la partie fabrication, les émissions moyennes atteignent 40 gCO2e / km, quelle que soit la motorisation (essence ou diesel). La durée de vie des véhicules est de 12 000 à 15 000 kilomètres par an.

Pour une voiture électrique

Concernant les véhicules électriques, l'Ademe distingue la fabrication du véhicule et celle de sa batterie. Elle propose les équivalences suivantes pour les facteurs d'émissions :

  • Fabrication véhicule électrique ~ Fabrication véhicule thermique 
  • Fabrication batterie ~ Phase amont carburant 
Empreinte carbone voiture : fabrication

Le facteur d'émission associé à la fabrication d'un véhicule électrique de moyenne gamme est de 83.6 gCO2e/km. Très proche de la valeur publiée par Tesla dans son dernier rapport d’impact pour son modèle 3 produit aux Etats-Unis (88,55 gCO2/km).

Dans ce même rapport, notons tout de même que la batterie compte pour 45% de l'empreinte carbone de la fabrication d'une voiture !

Empreinte carbone liée à l’utilisation d'une voiture

Dans la même logique, voyons à présent les étapes nécessaires pour qu’un véhicule puisse rouler.

Chaînes énergétiques

Pour une voiture thermique 

  • 🛢 Extraction
  • 🚢 Transport
  • 🏭 Raffinage
  • 🚛 Transport
  • ⛽️ Station Essence
  • 💥 Combustion moteur 
  • 🚗 💨 Emissions directes de gaz à effet de serre.

Pour une voiture électrique

  • 💎☢️ + 🌊 Extraction du minerai d'uranium + hydroélectricité + autres énergies (mix électrique français)
  • 🚢🚛✈️ Transport du minerai vers une centrale nucléaire
  • 💥 ♨️💦 Turbine émettant de la vapeur d’eau
  • ⚡️ Transport haute tension (RTE)
  • ⚡️ Transport basse tension (Enedis)
  • 🔌🔋 Borne de recharge
  • 🚗🔋 Décharge de la batterie

Zoom sur l'énergie mécanique restituée

On vous propose maintenant un schéma représentant l’efficacité énergétique mécanique des 2 types d’automobiles. Dans le cas d'un véhicule électrique, l’idéal est de prendre de l’électricité à partir de sources renouvelables (dans l’autre cas une extraction de pétrole reste indispensable). Les biocarburants ne sont pas considérés ici. 

Energie mécanique d'une voiture electrique et d'une voiture thermique

Résultat : 73% d'énergie mécanique restituée pour la voiture électrique contre 13% pour le véhicule thermique. 

« On peut raisonnablement dire que l’empreinte carbone d'une voiture électrique est plus faible que celle d'une voiture thermique »

Certaines hypothèses ne sont pas précisés ici : l'efficacité de l'extraction des ressources, de la production d'électricité, etc. Néanmoins, on peut retenir que pour avancer d’un kilomètre, un moteur électrique est 5 fois plus efficace qu’un moteur thermique !

Empreinte carbone d'une voiture thermique sur 10 000 km/an

Le facteur d’émission pour une motorisation moyenne, en prenant en compte la combustion et la phase amont du carburant, est de 214 gCO2e/km. Soit  2,2 tCO2e pour 10 000 km. 

Prenons une moyenne de 6 L/100km : le facteur d’émission pour le carburant atteint environ 3 kgCO2e/L (essence : 2,808 kgCO2e/L, gazole 3,158 kgCO2e/L).

Nous obtenons ainsi 18 kgCO2e/100km soit 1 800 kgCO2e/10000km.

🖐 À titre de comparaison, c'est plutôt 3 000 kgCO2e/10000km pour un véhicule américain consommant en moyenne 10 litres au 100.

Empreinte carbone d'une voiture électrique sur 10 000 km/an

La consommation réelle d'une voiture électrique est généralement comprise entre 15 et 25 kWh pour 100 kilomètres. On observe une forte variation en fonction des saisons et du mode de conduite de l’utilisateur. Une valeur moyenne de 20 kWh/100 km semble être la plus pertinente.

Rechargement voiture electrique

Les facteurs d’émissions des différents mix électriques sont : 

  • France (2020) 0,0599 kgCO2e/kWh
  • Etats-Unis (2019) 0,416 kgCO2e/kWh

Nous avons donc des émissions de 120 kgCO2e/10000km pour la France.

En conclusion, conduire un véhicule électrique et le recharger sur le réseau électrique américain émet 7 fois plus de CO2e qu'en France. Mais dans tous les cas, on pollue 2 fois moins de que si l’on conduisait un véhicule thermique. 

Empreinte carbone d'une voiture thermique vs électrique : la synthèse comparative

Phase/MotorisationThermiqueÉlectrique
Fabrication400836
Utilisation1800120
Total2200956

Comparaison des Émissions de GES en kgCO2e pour 10 000 kilomètres parcourus en France

Pour la plateforme Carbo dédiée au bilan carbone des entreprises, nous estimons un facteur d'émissions en calculant la moyenne des 3 types de véhicules électriques fournis par la base Ademe. La consommation d'un véhicule électrique est prise en compte dans la catégorie liée aux locaux (là où est rechargée le véhicule a priori).

Les limites du calcul actuel

Lorsque le pétrole est extrait, raffiné puis brûlé, il libère dans l'atmosphère des émissions nocives qui ne sont pas récupérées pour être utilisées. Cela contribue à augmenter l'empreinte carbone d'une voiture. Les matériaux des batteries, en revanche, une fois minés sont transformés et placés dans une cellule, et resteront dans la cellule jusqu’à la fin de leur vie. Alors ils pourront être recyclés pour récupérer des matériaux précieux en vue d'une réutilisation.

Recyclage de materiaux

Voici quelques points de vigilance à garder en tête lorsque vous lirez d'autres études, des données de constructeurs et des articles sur ce sujet :

  • Concernant les données de consommations d'énergie, mieux vaut prendre des données réelles. Il est courant d’utiliser la procédure d'essai mondiale harmonisée pour les véhicules légers (WLTP) ou des données de l'agence de protection de l'environnement américaine (EPA) sur la consommation d'énergie, qui surestiment la consommation de carburant et sous-estiment les émissions.
  • Supposer qu’un véhicule électrique moyen a besoin d'un remplacement de la batterie à un moment donné de son cycle de vie.
  • Ne pas tenir compte des émissions générées par le raffinage du pétrole et le processus de transport associé.
  • Utiliser des données anciennes sur l'impact carbone de la fabrication des cellules.

Conclusion

Soyons clairs : il n'y a pas de solution parfaite. D'un côté, l'empreinte carbone de la production d'une voiture électrique n'est pas neutre. Mais, on entrevoit déjà des solutions convaincantes permettant de réduire cet impact tout au long du cycle de vie - en capitalisant notamment sur le savoir-faire accumulé depuis un siècle dans l'industrie des véhicules thermiques.

À ce stade, on ne peut pas parler d’une transition écologique au sens propre. Mais on peut raisonnablement conclure que l’empreinte carbone d'une voiture électrique est plus faible que celle d'une voiture thermique. C’est encore plus flagrant en France. 

Le potentiel du modèle électrique, et les perspectives qu'offrent la production d’électricité issue de sources renouvelables promettent un bel avenir à cette technologie.

Laurent Ayoun
Laurent est CO2e Finder chez Carbo. Ingénieur spécialisé dans l'environnement, il a travaillé 5 ans dans le domaine de l’énergie et est certifié Méthode Bilan Carbone ®. Son objectif ? Changer les comportements pour accélérer la transition écologique !
Connaître l'empreinte carbone d'une voiture c'est bien, connaître la sienne c'est mieux !
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