Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

septembre 2019 IFP Energies nouvelles – 1 et 4 avenue de Bois-Préau – 92852 Rue

septembre 2019 IFP Energies nouvelles – 1 et 4 avenue de Bois-Préau – 92852 Rueil-Malmaison Cedex – France – www.IFPENergiesnouvelles.fr 1 / 24 Etude ACV de véhicules roulant au GNV et bioGNV Auteurs : Anne Bouter Joris Melgar Cyprien Ternel Version finale du 19 septembre 2019 septembre 2019 IFP Energies nouvelles – 1 et 4 avenue de Bois-Préau – 92852 Rueil-Malmaison Cedex – France – www.IFPENergiesnouvelles.fr 2 / 24 Table des matières 1 OBJECTIFS DE L’ETUDE ....................................................................................................... 3 1.1 CONTEXTE ........................................................................................................................... 3 1.2 OBJECTIFS ............................................................................................................................ 3 1.3 METHODOLOGIE GENERALE ...................................................................................................... 4 2 SIMULATIONS DES CONSOMMATIONS REELLES DES VEHICULES .......................................... 5 2.1 PLATEFORME DE SIMULATIONS DES VEHICULES .............................................................................. 5 2.2 RESULTATS NOTABLES DE LA SIMULATION ENERGETIQUE .................................................................. 5 2.2.1 DETERMINATION DES MASSES ........................................................................................................... 5 2.2.2 CONSOMMATIONS SUR CYCLE............................................................................................................ 8 3 ANALYSE DU CYCLE DE VIE ............................................................................................... 10 3.1 DEFINITION DU SYSTEME ....................................................................................................... 10 3.1.1 DESCRIPTION DES VEHICULES ETUDIES ............................................................................................... 10 3.1.2 PNEUS ......................................................................................................................................... 11 3.1.3 BATTERIES .................................................................................................................................... 11 3.1.4 CARBURANTS ................................................................................................................................ 11 3.2 UNITE FONCTIONNELLE ......................................................................................................... 12 3.3 FRONTIERES DU SYSTEME ....................................................................................................... 12 3.4 RESULTATS......................................................................................................................... 13 3.4.1 VEHICULES LEGERS ........................................................................................................................ 13 3.4.2 BUS ............................................................................................................................................ 17 3.4.3 VEHICULES UTILITAIRES LEGERS (VUL) .............................................................................................. 19 3.4.4 POIDS LOURD LIVRAISON 12 TONNES ................................................................................................ 20 4 CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS ............................................................................ 21 5 ANNEXE .......................................................................................................................... 22 6 BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................... 24 septembre 2019 IFP Energies nouvelles – 1 et 4 avenue de Bois-Préau – 92852 Rueil-Malmaison Cedex – France – www.IFPENergiesnouvelles.fr 3 / 24 1 Objectifs de l’étude 1.1 Contexte Historiquement, il existe un lien étroit entre le transport et le pétrole : 93 % de l’énergie utilisée provient de produits pétroliers. C’est ce lien qui est remis en question dans les scénarios de transition énergétique puisqu’au niveau mondial, le secteur du transport est le deuxième contributeur aux émissions anthropiques de Gaz à Effet de Serre (GES), après celui de la production d’électricité. Toutefois, des efforts ont été déployés pour réduire la dépendance du secteur du transport au pétrole en proposant des solutions énergétiques alternatives innovantes. Pour un constructeur commercialisant des véhicules légers en Europe, la réglementation en vigueur impose un plafond d’émission de CO2 sur l’ensemble de sa flotte, fixé à 130 g CO2 eq./km, avec à la clef des pénalités si le constructeur ne respecte pas ce quota. Ce plafond, passera à 95 g CO2 eq./km pour la totalité de la flotte (ventes annuelles) d’un constructeur à partir de 2021. Dans ce contexte réglementaire sévère, l’amélioration seule du rendement des moteurs thermiques ne sera pas suffisante et incite fortement les constructeurs à avoir recours à d’autres technologies bas- carbone : - l’électrification, sous réserve que l’électricité soit faiblement carbonée - l’incorporation de biocarburants à la pompe - les technologies piles à combustibles - etc. Une autre solution serait d’utiliser un carburant alternatif : le GNV (Gaz Naturel Véhicule) ou encore le bioGNV. Un marché existe déjà puisque plus de 18 millions de véhicules roulent déjà au GNV dans le Monde, dont quelques 15 000 en France, principalement des bus, des poids lourds et des véhicules utilitaires. Le GNV d’origine fossile possède l’avantage d’avoir un facteur d’émission inférieur à celui de l’essence ou du gazole. Cela signifie que pour une même quantité d’énergie brulée dans le moteur, moins de CO2 sera rejeté en sortie du pot d’échappement. Cependant, il est produit à partir de ressources fossiles et ne pourra pas représenter une solution pérenne dans la transition énergétique du secteur Transport. Produit à partir de ressources organiques (effluents d’élevage, résidus de cultures, déchets organiques, …), le biométhane, utilisé ici en tant que carburant (bioGNV) constitue une source d’énergie renouvelable et durable. La filière d’injection du biométhane dans les réseaux est actuellement en plein essor. Cette dynamique s’inscrit également dans l’évolution du secteur des traitements des déchets qui fait face à des enjeux en matière de gestion et de valorisation. Les performances du biométhane en terme de réduction des émissions de gaz à effet de serre ont déjà été établies dans le cadre d’études utilisant l’Analyse du Cycle de Vie (ACV), et sont souvent mises en avant pour témoigner de l’intérêt de cette filière. Néanmoins, il manque à ce jour une étude ACV plus complète intégrant le cycle de vie des véhicules, pour évaluer l’intérêt de rouler au BioGNV. 1.2 Objectifs L’objectif de cette étude est d’évaluer les impacts environnementaux potentiels de différents moyens de transport routier (personne et marchandise), et à différents horizons temporels (actuel et 2030), en prenant en compte à la fois le cycle de vie du véhicule et le cycle de vie du carburant. L’étude se septembre 2019 IFP Energies nouvelles – 1 et 4 avenue de Bois-Préau – 92852 Rueil-Malmaison Cedex – France – www.IFPENergiesnouvelles.fr 4 / 24 concentre sur le seul indicateur de réchauffement climatique via les émissions de gaz à effet de serre (GES). L’ACV des différents segments de véhicules (véhicule particulier, bus, véhicule utilitaire léger, poids lourd de livraison), couplés aux technologies de propulsion (moteur thermique, hybride, électrique) et à leurs vecteurs énergétiques associés : carburants fossiles, bioGNV et mix électrique, a permis de comparer entre eux les options technologiques envisagées, et d’identifier celles les plus adaptées aux différents contextes d’un point de vue environnemental centré sur le changement climatique. Cependant l’étude n’est pas totalement exhaustive et la comparaison avec d’autres carburants alternatifs tels que les biocarburants liquides conventionnels ou avancés resterait à faire. 1.3 Méthodologie générale La première étape de l’étude a été de réaliser une évaluation systématique de la consommation énergétique des véhicules pour les différents segments analysés dans le projet (Figure 1), à savoir : • Le segment des véhicules légers, avec 2 gammes de véhicules : cœur de gamme (segment C) et haut de gamme (segment D) • Le segment des bus (12m) • Le segment des véhicules utilitaires (de type Renault Master) • Le poids lourd de livraison à dominante urbaine (12 tonnes) Figure 1 : Segmentation du secteur Transport utilisée dans l’étude Chaque segment a été décomposé suivant différentes motorisations intégrant des taux d’électrification variables, du véhicule thermique au véhicule tout électrique, en passant par le véhicule hybride et le véhicule hybride rechargeable. Chaque organe de la motorisation (moteur thermique, moteur électrique, batterie) a été modélisé du point de vue énergétique, en prenant en compte les grandes tendances et améliorations à venir d’ici 2030. De la même manière, chaque véhicule a été modélisé en prenant en compte une vision prospective sur ses grandes caractéristiques (aérodynamiques et frottements des pneumatiques) et sur sa masse (allègement carrosserie et châssis, impact de l’amélioration de la densité de puissance et d’énergie des organes électrifiés). Ces modèles ont permis d’évaluer la consommation d’énergie (carburant et électricité) sur différents cycles d’usages, actuelle et future. Après cette première approche énergétique du réservoir à la roue (Tank-to-Wheel), chaque type de véhicule et groupe motopropulseur (GMP) a ensuite été évalué suivant la méthodologie ACV, intégrant la production du vecteur énergétique mais également la fabrication du véhicule. Cette étude reprend le cheminement de l’étude E4T1 publiée en 2018. Une mise à jour des architectures (notamment électrique) a été effectuée, et la motorisation GNV et bioGNV a été entièrement ajoutée. 1 Etude Energétique, Economique et Environnementale du Transport (IFPEN-ADEME, 2018) septembre 2019 IFP Energies nouvelles – 1 et 4 avenue de Bois-Préau – 92852 Rueil-Malmaison Cedex – France – www.IFPENergiesnouvelles.fr 5 / 24 2 Simulations des consommations réelles des véhicules 2.1 Plateforme de simulations des véhicules Afin de déterminer la consommation énergétique des différents véhicules définis par leur architecture et leur segmentation, des simulations ont été opérées à l’aide du logiciel Simcenter Amesim™. Les plateformes de simulation s’appuient sur des composants de la librairie “IFP-Drive” co-développés par IFP Energies nouvelles et Siemens PLM Software (Figure 2). Ces modèles retranscrivent la physique de l’ensemble des organes présents dans les véhicules conventionnels (moteur thermique, transmission etc…) et électrifiés (batterie, machine de traction, électronique de puissance etc…). Un composant dédié aux architectures hybrides (ECMS : Equivalent Consumption Minimization Strategy) permet de déterminer la stratégie optimale de gestion des énergies thermique et électrique afin de minimiser la consommation de carburant. De plus amples détails peuvent être obtenus en consultant la publication SAE [Automatic Generation of Online Optimal Energy Management Strategies for Hybrid Powertrain Simulation] Figure 2 : Méthodologie de dimensionnement et analyse énergétique des véhicules Ces plateformes de simulation véhicules ont été validées en s’appuyant sur les moyens expérimentaux d’IFP Energies nouvelles, à savoir des bancs moteurs thermiques, machines électriques et batteries ainsi que des bancs rouleaux sur lesquels sont instrumentés les véhicules. Ces moyens permettent également de fournir des données fidèles aux choix technologiques des constructeurs automobiles. 2.2 Résultats notables de la simulation énergétique 2.2.1 Détermination des masses Parmi l’ensemble des paramètres d’entrée des simulations véhicules, la masse roulante est prépondérante. Pour un même segment, cette masse diffère selon l’architecture. Une masse « carcasse » a été identifiée pour chaque segment, à laquelle viennent s’additionner les masses des organes présents dans le véhicule selon leur dimensionnement. La figure 3 illustre le dimensionnement et le choix des composants pour les véhicules représentatifs du segment C. septembre 2019 IFP Energies uploads/Management/2019-09-rapport-ifpen-acv-biognv.pdf