Transport de marchandises : toutes les technologies pour sortir du pétrole

Le trans­port de marchan­dis­es est aujourd’hui large­ment dépen­dant du pét­role, aus­si bien pour les chaînes logis­tiques mon­di­ales qu’en France. Les poids lourds et véhicules util­i­taires légers roulent essen­tielle­ment au diesel. Il en est de même pour les bateaux de trans­port flu­vial, tan­dis que le trans­port mar­itime car­bu­re au fioul lourd. Les marchan­dis­es tran­si­tant par voie aéri­enne dépen­dent du kérosène. Seul le fret fer­rovi­aire s’est déjà forte­ment séparé des car­bu­rants liq­uides et du pétrole.

Pour répon­dre au défi cli­ma­tique, la décar­bon­a­tion du secteur est indis­pens­able, mais reste peu engagée à ce jour. Alors que le pre­mier arti­cle de la série pointait les 5 leviers pour décar­bon­er le trans­port de marchan­dis­es (mod­éra­tion de la demande de trans­port, report modal, rem­plis­sage des véhicules, con­som­ma­tion d’énergie des véhicules, décar­bon­a­tion de l’énergie), celui-ci s’attarde sur le dernier levi­er de décar­bon­a­tion de l’énergie. Et se demande : quelles sont donc les options tech­nologiques pour sor­tir le trans­port de marchan­dis­es de sa dépen­dance au pétrole ?

Il est pos­si­ble de don­ner 5 grandes caté­gories pour s’y repér­er dans les options tech­nologiques pour se pass­er du pét­role dans les trans­ports. La pre­mière option est de pass­er à l’élec­trique, dont la pro­duc­tion est déjà bas-car­bone à env­i­ron 90 % en France¹. Les moteurs élec­triques sont égale­ment plus effi­caces d’un point de vue énergé­tique que les moteurs ther­miques, ce qui en fait une option à priv­ilégi­er… quand cela est pos­si­ble. Car les vol­umes de bat­ter­ies à emporter ren­dent l’électrique inen­vis­age­able pour cer­tains modes lourds, tels que le trans­port aérien ou le trans­port mar­itime (en dehors de quelques appli­ca­tions de niche sur courte distance).

Une autre option en inter­ac­tion avec l’électrique est l’hydrogène. Le prin­ci­pal moyen de pro­duc­tion d’hydrogène bas-car­bone envis­agé est en effet l’électrolyse de l’eau, qui néces­site de l’électricité. Et en plus de l’option du moteur ther­mique pour l’utilisation de l’hydrogène dans le véhicule, celle de la pile à com­bustible per­met de retrans­former l’hydrogène en élec­tric­ité pour util­i­sa­tion dans un moteur élec­trique. Le prin­ci­pal intérêt de l’hydrogène est alors de se pass­er des con­traintes d’autonomie et de recharge des bat­ter­ies, en par­ti­c­uli­er pour les véhicules plus lourds. Cepen­dant, la pro­duc­tion d’hydrogène reste aujourd’hui dépen­dante à 95 % des éner­gies fos­siles, c’est une option moins effi­cace d’un point de vue énergé­tique que l’électrification directe, et qui présente encore de nom­breux défis tech­niques et économiques pour son déploiement dans les transports.

Un autre gaz est sou­vent évo­qué, c’est le méthane, aus­si appelé gaz naturel pour sa ver­sion fos­sile, ou bien biogaz ou gaz renou­ve­lable pour les ver­sions bas-car­bone. Seul ce biogaz présente un intérêt cli­ma­tique sig­ni­fi­catif pour une util­i­sa­tion dans les trans­ports. Mais bien qu’en pleine crois­sance, la pro­duc­tion de gaz à par­tir de méthani­sa­tion de bio­masse (efflu­ents agri­coles, cul­tures inter­mé­di­aires, biodéchets, copro­duits ou encore résidus de cul­tures…) n’a représen­té qu’environ 2 % des con­som­ma­tions de gaz en France en 2022². Et le biogaz ne pour­ra représen­ter une part très sig­ni­fica­tive des con­som­ma­tions de gaz qu’à la con­di­tion de fortes baiss­es des vol­umes con­som­més, qui se situent aujourd’hui essen­tielle­ment dans le bâti­ment et l’industrie.

Les bio­car­bu­rants liq­uides sont aus­si pro­duits à par­tir de bio­masse. Ils sont davan­tage dévelop­pés et sont déjà incor­porés dans les car­bu­rants routiers, à hau­teur d’un peu plus de 8 % en 2022 pour le diesel³. Cepen­dant, la pro­duc­tion de ce biodiesel est loin d’être vertueuse à ce jour : les matières pre­mières util­isées sont importées pour plus des trois quarts, elles sont très majori­taire­ment issues de cul­tures en con­cur­rence avec les usages ali­men­taires⁴, et les baiss­es d’émissions de CO₂ sont très lim­itées par rap­port au pét­role, quand l’ensemble des impacts est pris en compte⁵.

Enfin, les car­bu­rants de syn­thèse (ou elec­tro­fu­els ou e‑fuels) sont à l’interface de plusieurs vecteurs énergé­tiques déjà cités. Ils con­sis­tent à utilis­er de l’électricité bas-car­bone pour pro­duire de l’hydrogène, qui est com­biné à du CO₂ (ou de l’azote pour l’e‑ammoniac) pour fab­ri­quer des car­bu­rants liq­uides ou gazeux⁶. Leur prin­ci­pal avan­tage est de pou­voir se sub­stituer à de nom­breux car­bu­rants actuelle­ment util­isés, sans mod­i­fi­ca­tion des véhicules. En revanche, ils souf­frent de nom­breux défis à relever : leur pro­duc­tion en est seule­ment à ses débuts, et doit se faire à par­tir d’électricité très peu car­bonée pour présen­ter un bilan car­bone large­ment favor­able ; les besoins d’électricité pour leur pro­duc­tion sont très impor­tants, de l’ordre de 4 à 5 fois plus impor­tants pour des e‑diesels que pour une util­i­sa­tion directe dans un véhicule élec­trique⁷ ; en con­séquence, leur coût est égale­ment très élevé, d’autant plus à court terme⁸.

Il ressort de ces dif­férentes options que leur bilan car­bone actuel est assez var­ié, selon le niveau de décar­bon­a­tion de ces dif­férentes éner­gies ou vecteurs énergé­tiques. Pour l’instant en France, seule l’électricité est large­ment décar­bonée. Aus­si les niveaux de déploiement, mais aus­si les con­traintes et défis à relever pour leur développe­ment sont var­iés. Cela invite à essay­er de trou­ver le mix énergé­tique le plus per­ti­nent en fonc­tion des nom­breux enjeux à inté­gr­er (tech­niques, économiques, cli­ma­tiques, de ressources, etc.).

Le trans­port routi­er représente les trois quarts des émis­sions de gaz à effet de serre des trans­ports de marchan­dis­es en France (inter­na­tion­al com­pris, cf. 1^er arti­cle de la série), avec 60 % pour les poids lourds et 16 % pour les véhicules util­i­taires légers. Pour ces derniers véhicules et pour les poids lourds opérant sur les livraisons des derniers kilo­mètres ou les plus cour­tes dis­tances, l’électrique devrait rapi­de­ment s’imposer comme la motori­sa­tion dom­i­nante. Pour la plus longue dis­tance, la con­cur­rence est plus forte et illus­tre un con­flit impor­tant entre les options les plus vertueuses d’un point de vue envi­ron­nemen­tal et la disponi­bil­ité de ces solu­tions, notam­ment à court terme.

La fig­ure ci-dessus indique que dès 2020, trois options per­me­t­tent des baiss­es très sig­ni­fica­tives des émis­sions de gaz à effet de serre pour les tracteurs routiers⁹. Ces mêmes options attein­dront même des réduc­tions de l’ordre d’une divi­sion par 6 pour un poids lourd ven­du en 2030 par rap­port au diesel¹⁰.

Les ventes de poids lourds au gaz ont représen­té 4,5 % du marché en 2022 pour les plus de 7,5 tonnes et représen­tent la pre­mière énergie alter­na­tive au diesel¹¹, mais le biogaz est disponible en quan­tité lim­itée¹². La pro­duc­tion d’hydrogène bas-car­bone en est seule­ment à ses débuts et l’offre de poids lourds ne devrait pas décoller forte­ment avant 2030. Enfin, l’offre de poids lourds élec­triques est faible à ce jour, et ils n’ont représen­té que 0,3 % des ventes de poids lourds en 2022 en France¹³.

Cepen­dant, la Com­mis­sion européenne a pro­posé début 2023 une révi­sion des stan­dards d’émissions de CO₂ des poids lourds neufs, visant une baisse de 45 % de ces émis­sions en 2030 par rap­port à 2019¹⁴. Les prin­ci­paux con­struc­teurs sem­blent déjà alignés avec cet objec­tif et visent de l’ordre de 50 % de ventes avec des poids lourds ayant 0 émis­sion à l’usage d’ici la fin de la décen­nie¹⁵. C’est essen­tielle­ment l’électrique qui répon­dra à cet objec­tif, com­plété par une plus faible pro­por­tion de poids lourds hydrogène.

À not­er que l’électrique pour­rait aus­si se déploy­er sur longue dis­tance à l’aide des autoroutes élec­triques, qui per­me­t­tent aux véhicules de se recharg­er durant leur usage en mod­i­fi­ant l’infrastructure (élec­tri­fi­ca­tion par caté­naire, par rail ou par induc­tion)¹⁶. Si ces tech­nolo­gies per­me­t­tent de réduire les con­traintes liées aux bat­ter­ies, à leur autonomie et à leurs recharges (forts appels de puis­sance pour les recharges rapi­des, temps de pause…), le choix de la tech­nolo­gie à priv­ilégi­er est encore peu mature et le déploiement néces­sit­erait une coor­di­na­tion au niveau européen pour représen­ter un véri­ta­ble intérêt.

Cet exem­ple mon­tre aus­si la dif­fi­culté dans le choix des motori­sa­tions et des tech­nolo­gies à priv­ilégi­er. La diver­sité des options de décar­bon­a­tion est évidem­ment un atout et peut per­me­t­tre de gag­n­er en résilience selon les con­traintes à venir. Cepen­dant, aucune solu­tion n’est par­faite et il ne sera pas for­cé­ment effi­cace ni même pos­si­ble d’investir dans les infra­struc­tures d’approvisionnement ou de recharge de toutes les options de décar­bon­a­tion, ou pour les con­struc­teurs d’investir dans toutes les motori­sa­tions à la fois. Il est pos­si­ble qu’une ou deux options finis­sent ain­si par s’imposer par mode, que ce soit pour les poids lourds ou pour les autres modes.

Pour les autres modes de trans­port, c’est un mix de dif­férentes tech­nolo­gies qui est sou­vent évo­qué. Pour le flu­vial, la con­ver­sion aux bio­car­bu­rants ou au biogaz est la plus sim­ple à envis­ager d’un point de vue tech­nique. Mais l’hydrogène voire l’électrique pour­raient aus­si avoir un rôle pour décar­bon­er ce mode, en rai­son de dis­tances voire de vol­umes qui restent raisonnables pour imag­in­er l’emport de bat­ter­ies (qui sont lour­des) ou d’hydrogène (qui prend beau­coup de place).

Pour le trans­port mar­itime, les navires au gaz pour ensuite les con­ver­tir au biogaz ont longtemps été la piste priv­ilégiée pour se sépar­er du pét­role. Aus­si les navires à voiles sont amenés à se dévelop­per, au moins en aide à la propul­sion. De plus en plus, il est ques­tion aus­si des car­bu­rants de syn­thèse, en par­ti­c­uli­er l’e‑ammoniac ou le e‑méthanol pour ce mode qui risque d’être par­ti­c­ulière­ment long et dif­fi­cile à décar­bon­er. Il en est de même pour le trans­port aérien, dont la sor­tie du pét­role devrait repos­er en pri­or­ité sur les bio­car­bu­rants de sec­onde généra­tion, le kérosène de syn­thèse ou encore l’hydrogène pour les appli­ca­tions qui le permettent.

Enfin, le fer­rovi­aire est déjà large­ment élec­tri­fié, mais env­i­ron 15 % de ses con­som­ma­tions d’énergie reposent tou­jours sur le diesel¹⁸. L’électrification des lignes est la plus effi­cace des solu­tions et pour­rait encore être éten­due. Pour les lignes qui res­teront non élec­tri­fiées, l’électrique à bat­ter­ies, les bio­car­bu­rants et l’hydrogène¹⁹ sont les prin­ci­pales alternatives.

Pour sor­tir du pét­role, le trans­port de marchan­dis­es devrait repos­er sur une diver­sité d’énergies à l’avenir, tan­dis que le trans­port de voyageurs sera large­ment dom­iné par l’électrique (ce qu’illustrent les 4 scé­nar­ios Transition(s) 2050 de l’ADEME ci-dessous²⁰).

Quel que soit le mode, la décar­bon­a­tion s’annonce lente, coû­teuse, ou encore con­fron­tée à des défis tech­niques et de mise en œuvre impor­tants. Les prin­ci­pales options de décar­bon­a­tion dépen­dent aus­si de ressources (en métaux, bio­masse, élec­tric­ité, etc.) en ten­sion, que ce soit au sein des trans­ports, avec les autres secteurs de l’économie ou par les impacts liés à leurs con­di­tions d’exploitation (impacts sur la bio­di­ver­sité, géopoli­tiques, soci­aux, etc.).

Cela doit amen­er à pri­oris­er autant que pos­si­ble la réduc­tion des con­som­ma­tions d’énergie du trans­port de marchan­dis­es, faisant appel aux leviers de sobriété (évo­qués en 1^er arti­cle, et détail­lés dans les 2 arti­cles à venir de la série). À la fois pour décar­bon­er suff­isam­ment rapi­de­ment le secteur par rap­port aux objec­tifs, mais aus­si pour lim­iter le coût financier et les autres impacts envi­ron­nemen­taux de la transition.