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.