Le règne de l’automobile – Réinventer sans cesse l’automobile

Le règne de l’automobile – Réinventer sans cesse l’automobile

voiture électrique

L’automobile, c’était une formidable invention … quand il y en avait peu en circulation. C’est devenu un cauchemar mais nous avons du mal à nous en passer.

Les moteurs thermiques de nos chères voitures, de plus en plus nombreuses sur la planète, ne cessent de polluer l’air mais leurs performances énergétiques n’ont cessé d’être améliorées. Du milieu des années 60 jusqu’au début des années 70, les constructeurs parvenaient à répondre aux nouvelles normes antipollution simplement en injectant plus d’air dans l’échappement (effet chalumeau) ou par le procédé du retard à l’allumage, qui avait le désavantage d’augmenter la consommation de carburant (jusqu’à 25% pour les grosses cylindrées). Jusqu’au milieu des années 70, les automobiles rejetaient un mélange d’hydrocarbures imbrûlés, de gaz carbonique, d’anhydride sulfureux et de goudrons. Aux températures élevées du moteur, l’oxygène se combinait avec l’azote pour former des oxydes d’azote, tandis que les rayonnements solaires généraient des molécules toxiques dans le smog. Pour améliorer le taux de combustion des moteurs, les constructeurs ont développé de nouvelles technologies : injection indirecte (Ferrari 246 Sport en 1961), injection électronique (Volkswagen 1600 TL en 1967), injection directe (Fiat Croma turbo diesel en 1987)… Parmi les solutions proposées par les constructeurs pour réduire les émissions polluantes, on peut aussi citer l’alternateur réversible (“Stop and Start”), l’allègement des carrosseries (aluminium), la motorisation hybride initiée par les constructeurs japonais Honda et Toyota (Toyota Prius, Lexus RX400h, Honda Civic IMA), la motorisation électrique, la pile à combustible fonctionnant à l’hydrogène (non encore installée sur des véhicules de série), les biocarburants comme l’éthanol et le diester (essentiellement des agrocarburants qui peuvent de graves problèmes environnementaux).

Economie de carburant

L’économie de carburant semblait une bonne stratégie pour réduire l’impact sur l’environnement et faire face à l’envolée des cours du pétrole lors des crises pétrolières. Pourtant la consommation de carburants des nouveaux véhicules légers dans le monde n’a été réduite que de 1,4% par an en moyenne entre 2005 et 2017 (7,2 litres d’essence-équivalent pour 100 km en 2017 selon l’Agence internationale de l’énergie). Il semble bien que la réduction de la consommation de carburant n’ait pas véritablement constitué une priorité pour les constructeurs. Nous avons même perdu beaucoup de temps puisque Ralph Moody, un mécanicien américain, avait déjà démontré en 1979 qu’il était possible de transformer une Ford Capri Mercury pour qu’elle ne consomme que 3 l/100 km (à 70 km/h) pour à peine 2000 dollars. Le génial mécano n’a jamais réussi à convaincre les constructeurs américains et s’est toujours refusé à vendre son idée à l’étranger. Il était juste trop en avance sur son temps et son invention n’arrangeait sans doute pas le lobby du pétrole. Dans un rapport intitulé « Transportation Forecast: Global Fuel Consumption » (Prévisions sur le Transport: Consommation mondiale de carburant; 2014), Navigant Research prévoyait une diminution de la consommation d’essence à partir de 2021. Ce « miracle » pourrait être le résultat d’une prise de conscience générale de l’impact désastreux de l’automobile sur l’environnement et la santé humaine. Cette diminution sera plus due à une réduction de la consommation des moteurs thermiques que le recours à des énergies de substitutions (électricité, gaz naturel, biocarburants, hydrogène…).

Pot catalytique et essence sans plomb

En 1975, l’invention du convertisseur catalytique (pot catalytique) permit de réduire la pollution automobile en transformant une grande partie de l’oxyde de carbone et des hydrocarbures issus du moteur en acide carbonique et en vapeur d’eau. Ce nouveau système, ne réglait cependant pas le problème des oxydes d’azote. Il aurait fallu les réduire, réaction inverse de celle catalysée dans le convertisseur. Volvo a été le premier fabricant à réussir cet exploit technologique, avec son convertisseur à trois actions équipant sa série 240 et qui associait des catalyseurs à base de palladium (oxydation de l’oxyde de carbone et des hydrocarbures) et de rhodium (réduction des oxydes d’azote). Les pots catalytiques sont des dispositifs à la fois simples et efficaces, mais qui ont l’inconvénient d’être détruits par des carburants chargés en plomb (le chlore et le brome des sels de plomb se déposent dans le pot catalytique et l’empêchent de fonctionner).

Du plomb tétraéthyle était ajouté dans l’essence comme agent antidétonant depuis les années 20, pour améliorer l’indice d’octane (les octanes empêchent le mélange air/carburant d’exploser prématurément et de faire « cogner » le moteur). Il aurait suffi de produire des carburants contenant plus d’octanes, mais le coût était trop élevé. Le plomb, un élément métallique connu pour provoquer des anémies, des maladies rénales, un retard mental, la cécité et parfois la mort, était donc incorporé dans l’essence, pour être ensuite libéré dans l’atmosphère avec les autres produits de la combustion. Depuis le 1er janvier 2000, tous les pays européens ont interdit le plomb comme additif de l’essence. Il ne faut pas rêver, cette décision n’a pas été prise pour préserver l’environnement… mais plutôt les nouveaux moteurs et les pots catalytiques (les sels de plomb pouvaient s’y déposer et perturber leur fonctionnement). Grâce à cette interdiction, les émissions de plomb dans les pays européens ont diminué de 60 % depuis 1980.

Le déclin du diesel

Le moteur diesel, dont le rendement était supérieur à celui des moteurs-essence, était promis à un bel avenir. Il est question aujourd’hui de sa disparition pure et simple des catalogues constructeurs, du moins pour les véhicules de tourisme. La motorisation diesel serait trop polluante, malgré les progrès réalisés par les constructeurs. Les pots catalytiques ne sont pas efficaces à froid et n’ont donc aucun effet bénéfique sur de petits trajets urbains, tandis que les filtres à particules ne permettent pas de retenir efficacement les particules les plus fines. À Tokyo la lutte anti-diesel, commencée plus tôt qu’ailleurs, au début des années 1990, a contribué à faire chuter la concentration en particules fines dans les villes de 55 % entre 2001 et 2011. L’Europe, sous l’emprise du lobby de son industrie automobile,  mettra plus de temps à réagir. En 1997, une expertise du CNRS montrait très clairement le lien entre émissions de moteurs diesel et risque de cancer des voies respiratoires. Ce rapport, quasiment introuvable aujourd’hui, n’a pas résisté au lobby de l’automobile et a été tout simplement enterré par le gouvernement français de l’époque. Il faudra attendre seize ans, pour que l’Organisation mondiale de la santé (OMS) classe enfin les gaz d’échappement des moteurs diesel dans la catégorie des cancérogènes pour l’homme. En 2012, le diesel  représentait 56 % des ventes en Europe, favorisé depuis une quinzaine d’années par un cadre fiscal européen particulièrement avantageux. Ce record ne sera sans doute jamais battu. On ne peut nier que l’industrie automobile a réalisé des progrès notables pour réduire la consommation et l’impact environnemental des moteurs thermiques, mais elle a si souvent truqué le jeu qu’elle a perdu toute crédibilité. En septembre 2015, un gigantesque scandale connu sous le nom de “Dieselgate” a secoué le monde de l’automobile. Une enquête avait révélé que Volkswagen a installé pendant des années un logiciel sur la plupart de ses véhicules à moteur diesel pour tromper les tests  anti-pollution. La fraude à grande échelle du premier constructeur automobile allemand a concerné près de 11 millions de voitures, dont 600 000 vendues aux États-Unis. Le “Dieselgate” n’a pas empêché Volkswagen d’afficher des résultats financiers historiques en 2017, avec un bénéfice net pour ses douze marques (Volkswagen, Audi, Skoda, Seat, Porsche…) de 11,35 milliards d’euros, soit pratiquement le double par rapport à 2016. Il aurait été naïf de croire que Volkswagen était le seul à frauder, même si les autres constructeurs affirmaient que rien de tel ne saurait être possible chez eux. Une enquête allemande en 2016 a révélé que 16 marques automobiles présentaient elles aussi des anomalies concernant les seuils d’émission polluantes : Alfa Romeo, Audi, Chevrolet, Dacia, Fiat, Hyundai, Jaguar, Jeep, Land Rover, Mercedes, Nissan, Opel, Porsche, Volkswagen, Renault, Suzuki. Chronique d’une mort annoncée du diesel ? Pas si sûr… Il devrait maintenir une certaine part de marché en Europe, car il reste une alternative économiquement pertinente pour les gros rouleurs et les utilitaires. Certaines métropoles, comme Paris, Rome, Bruxelles, Barcelone, Madrid, promettent d’interdire le diesel à plus ou moins longue échéance, mais il leur faudra améliorer l’attractivité de leurs transports en commun. Toyota a déclaré renoncer au diesel, Fiat devrait lui emboîter le pas, PSA et Renault hésiteraient à continuer de développer cette technologie… Les acheteurs n’ont d’autres choix que de se tourner vers les véhicules essence, faute de véritables alternatives électriques ou autre énergie « verte ». 

Mais pourquoi tant de haine pour le diesel ? En réalité, seuls les moteurs équipés d’une injection directe émettent des particules fines nocives. L’objectif de l’injection directe, qui pulvérise dans la chambre de combustion une brume de carburant, est de consommer moins de carburants pour rejeter moins de polluants, du moins en théorie. Les moteurs à essence traditionnelles à injection indirecte n’émettaient pas (peu) de particules fines ou de NOx, contrairement aux moteurs diesel ou essence à injection directe. Avec les nouvelles technologies d’injection directe à rampe commune, les particules rejetées sont devenues encore plus fines et donc plus nocives. L’autre problème qui se posera si on supprime les moteurs diesel sera de trouver d’autres utilisations au gasoil qui représente tout de même 27% du pétrole. On relance les centrales au fioul ? Il ne suffira pas de remplacer simplement le diesel par l’essence, mais les décideurs politiques ne sont pas connus pour leurs connaissances en mécanique….

agrocarburants  : une mauvaise idée

Les biocarburants (obtenus à partir de biomasse) peuvent constituer une alternative intéressante aux carburants pétroliers, à condition d’utiliser des bioressources durables, de ne pas entrer en concurrence avec l’agriculture alimentaire (agro-carburants) et de ne pas utiliser ces technologies uniquement pour se donner bonne conscience. A l’heure actuelle, l’impact environnemental global des agro-carburants est plutôt désastreux. La culture des palmiers à huile est responsable de la destruction de millions d’hectares de forêt tropicale. Seuls les biocarburants produits à partir de déchets (huile de cuisson, bois…) ont un impact environnemental meilleur que celui de l‘essence.

Hydrogène : La solution pour demain ?

L’hydrogène est présenté depuis de nombreuses années par les scientifiques comme la réponse à long terme au problème du pétrole (pénurie annoncée et pollution). A la fin des années 80, des autobus à hydrogène fonctionnaient déjà en Allemagne et aux Etats-Unis. L’hydrogène est l’élément le plus abondant dans l’Univers et, en théorie, il est possible d’en fabriquer par hydrolyse de l’eau… mais ce procédé est encore loin d’être économiquement rentable. 95 % de l’hydrogène est aujourd’hui fabriqué à partir de gaz naturel (vaporeformage) ou de charbon de bois (gazéification), ce qui ne constitue pas une solution durable. Le moteur à hydrogène reste considérée comme une solution d’avenir, à condition de résoudre le problème de stockage de ce gaz très inflammable. L’hydrogène doit être compressé ou liquéfié pour être stocké, deux technologies difficilement intégrables dans une automobile puisque la compression se fait généralement à 700 bars tandis que l’hydrogène liquide doit être maintenu à – 250 degrés. Le recours aux hydrures métalliques, longtemps abandonné car jugé peu efficace du fait d’une trop lente libération d’hydrogène, connaît un regain d’intérêt depuis qu’il est possible d’utiliser des poudres ultra fines (nanoparticules) capables d’accélérer l’absorption et la restitution du gaz (par augmentation de la surface d’échange). Ainsi, la poudre d’hydrure de magnésium sous une pression moyenne (5 à 10 bars) peut absorber l’hydrogène qui sera ensuite libéré sous une plus faible pression. Ce procédé prometteur, qui offre l’avantage de ne présenter aucun risque d’explosion, devra encore être amélioré pour répondre aux besoins d’une pile à combustible devant produire suffisamment d’énergie à une automobile. Cette technologie est développée par la société française McPhy, leader du stockage et de la distribution d’hydrogène.

Moteur électrique : une vieille histoire

On a tendance à l’oublier, mais la première automobile électrique a roulé en 1834, soit un demi-siècle avant la première voiture à essence (Thomas Davenport 1802-1851). La première vraie voiture électrique a été construite par l’anglais Thomas Parker en 1884. Dès la fin du XIXème siècle, des automobiles électriques battaient des records de vitesse, comme la Jeanteau électrique en 1894 (62,23 km/h), puis la “La Jamais contente” en 1899 avec ses accumulateurs Fulmen (105 km/h). Au tout début du XXème siècle, un tiers des voitures en circulation étaient électriques. Cet engouement fut stoppé à cause du prix compétitif de la Ford T assemblée à la chaîne (1908) et de l’invention du démarreur électrique (1912) qui jetait aux oubliettes le fastidieux démarrage à la manivelle. Pendant la Seconde Guerre Mondiale, la pénurie d’essence remis les voitures électriques à la mode. En 1942, l’ingénieur Grégoire fabriquait des tractions électriques dont les 750 kilos d’accumulateurs leur procuraient une autonomie de 250 kilomètres à 44 km/h de moyenne. Ce type de véhicule fut rapidement abandonné après la fin de la Guerre, mis à part en Grande Bretagne où roulaient 55 000 véhicules électriques, principalement pour les services domestiques.

De petites voitures électriques citadines circulaient aux Etats-Unis dans les années 70. L’une d’elles, pouvant rouler à 60 km/h, se vendit à des milliers d’exemplaires, mais le constructeur fit faillite en 1978, à cause de rumeurs concernant des problèmes de freinage. Le lobby pétrolier pouvait continuer à prospérer, tandis que des pionniers développaient tant bien que mal la technologie des moteurs électriques. En 1969, General Motors présentait son modèle de voiture électrique baptisé XP 512, pouvant atteindre 90 km/h et parcourir 65 kilomètres à une vitesse moyenne de 50 km/h. En 1977, un prototype de Fiat 128 électrique équipée de 20 batteries pouvait atteindre 120 km/h sur circuit (XDH-1 de Sears et Roebuck). Le marché des véhicules électriques n’étaient alors que peu développé en raison des faibles performances des batteries, peu puissantes, volumineuses, lourdes, et dont la recharge était une opération fréquente et très longue. De plus, la production et l’élimination de ces batteries étaient des procédés extrêmement polluants à cause des rejets de plomb, de zinc, d’acide sulfurique… Le principal frein au développement du marché des véhicules électrique a longtemps été le manque d’infrastructures pour la recharge rapide des batteries. La voiture électrique semblait destinée à rester sur un marché de niche, malgré tout l’espoir qui est placé dans cette technologie depuis des décennies.

De 1997 à 2033, de nombreux constructeurs ont lancé des modèles électriques ou hybrides, comme EV1 de General Motors, EV Plus de Honda, Prius de Toyota… Mais le lobby du pétrole n’avait pas baissé les armes. En 2003-2004, GM récupérait tous les véhicules EV1 pour les détruire ! Même si une quarantaine de modèles électriques sont aujourd’hui proposés par les différentes marques, le marché des véhicules électriques et hybrides rechargeables ne représente encore que 0.6 % des ventes mondiales (2015). Aujourd’hui, nous assistons, peut-être, à une nouvelle résurrection de l’automobile électrique portée par la nécessité de limiter le réchauffement climatique et par les progrès considérables dans le domaine des batteries qui permettent une autonomie de plus en plus importante et des charges de plus en plus rapides. Mettons à part la batterie de 100 kWh de la version P 100 D de la Tesla S qui affiche une autonomie record de plus de 600 kilomètres. Tant mieux pour les fortunés (140 000 €) qui peuvent s’offrir ce type de bijou technologique, mais le progrès doit se démocratiser pour avoir un effet notable sur l’environnement. La généralisation des motorisations électriques entrainera une explosion de la demande en lithium nécessaire à la confection des batteries électriques. Les gisements exploitables de ce métal alcalin rare se trouvent essentiellement dans les zones dotées de grands lacs salés comme au Chili, en Bolivie, aux États-Unis, en Argentine, au Tibet, en Afghanistan et en Australie. L’extraction de lithium, consomme de grandes quantités d’eau et pollue sols et réserves d’eau. Ce n’est pas tout à fait compatible avec l’idée que l’on se fait d’une énergie verte (la même remarque pourrait être faite concernant l’extraction d’uranium pour l’énergie nucléaire). Tant que la voiture électrique reste sur son marché de niche, le risque de pénurie de lithium sera acceptable. Mais les réserves limitées de ce métal ne permettront pas de faire face à une forte demande de l’industrie automobile, et il sera nécessaire de développer des filières de recyclage des batteries.

Quel sera l’automobile de demain?

Quel sera l’automobile de demain? Le mieux est d’interroger les dirigeants du secteur. Selon une enquête de KPMG en 2017, la moitié d’entre eux placent le développement des véhicules électriques comme enjeu prioritaire à l’horizon 2025, ce qui constitue un incroyable changement par rapport à 2015 où cet enjeu n’arrivait qu’en neuvième position. Cependant, toujours selon la même enquête, le moteur thermique aurait encore de beaux jours devant lui et le moteur électrique devrait rester sur un marché de niche. Le principal frein au développement du marché des véhicules électrique est le manque infrastructure pour la recharge rapide des batteries. Pour 78% des dirigeants interrogés, l’avenir sera plutôt à la pile à hydrogène, mais la technologie n’est pas encore arrivée à maturité et il reste en particulier à résoudre le problème de la production d’hydrogène à un coût raisonnable et celui de la manipulation et du stockage de cet élément particulièrement dangereux (souvenez-vous du Zeppelin Hindenburg en 1937). Et le diesel ? Plus de la moitié des dirigeants estiment que, face aux réglementations sur la pollution de plus en plus drastiques, c’est la première technologie traditionnelle qui disparaitra des portefeuilles des constructeurs automobiles. De toute façon, le choix d’abandonner progressivement les moteurs thermiques n’appartiendra pas aux constructeurs du secteur automobile mais sera imposé par la nécessité de préserver la petite planète sur laquelle nous vivons, à priori la seule disponible pour l’instant. La pénurie annoncée des ressources pétrolière (« Peak Oil ») mettra définitivement fin à une période relativement courte dans l’histoire de l’humanité qui aura provoqué des dégradations, pour certaines irrémédiables, de notre environnement.

Une évidence : réduire les trajets en automobile

L’effort de limitation des trajets automobiles pour réduire la pollution se heurte à ce que la plupart des citoyens considèrent comme une liberté individuelle. L’une des stratégies pour limiter l’impact environnemental de l’automobile serait d’éviter que celle-ci ne transporte la plupart du temps qu’une personne, le conducteur. C’était déjà le cas il y a 40 ans, ce qui avait pour conséquence de créer de monstrueux embouteillages à la périphérie des villes, puisque beaucoup d’automobilistes se rendaient aux mêmes endroits et aux mêmes heures. On allait parfois plus vite en vélomoteur, en vélo, voire à pied. Certains avaient imaginé le “transport public personnel rapide” qui consistait en un réseau de voitures électrique téléguidées, pilotées par ordinateur. L’imagination ne manquait pas. Pour lutter contre la congestion des routes par des automobiles dont le taux d’occupation stagne autour de 1,2 personne, les services publics tentent, à priori sans grand succès, de rendre plus attractifs les transports en commun,  (les usagers de la SNCF ou de la RATP ont pu constater ces dernières années une dégradation des services associée à une augmentation des tarifs). La construction de vastes parkings à l’entrée des villes et à proximité d’arrêts de transports en commun pourrait favoriser ce mode de transport. Le covoiturage permet de contourner la réticence de certains automobilistes à abandonner leur cher véhicule particulier. L’Internet a beaucoup contribué à l’émergence de cette pratique en facilitant la mise en relation entre conducteurs et passagers. Avec 20 millions d’utilisateurs en 2015, BlaBlaCar est leader mondial du covoiturage.… La mise en place de services de location de vélos et aujourd’hui de vélos électriques peut faire partie de la solution, à condition de régler les problèmes de gestion des parcs. L’extension des zones piétonnes dans les centres-villes (Bruxelles possède la plus grande zone piétonne d’Europe) ne résout pas le problème dans les banlieues et sur les périphériques.

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