Perspectives sur les marchés : Route cahoteuse : Analyse des défis clés liés à l'adoption des véhicules électriques | Placements Mackenzie

Perspectives sur les marchés : Route cahoteuse : Analyse des défis clés liés à l'adoption des véhicules électriques


La menace structurelle que doit affronter le secteur de l’énergie dépend des progrès continus de la technologie et de l’adoption des véhicules électriques (VE). Dans ce complément d’information, il sera question de certains des défis technologiques liés à l’adoption des VE que nous avons croisés lors de nos recherches sur ces véhicules. Comme toujours, au moment d’étudier les changements structurels, il existe énormément d’incertitudes à propos des échéances et des technologies. Ce complément d’information est destiné à ceux qui se posent de telles questions à propos de l’évolution des VE ou simplement qui aimeraient obtenir plus de renseignements sur le sujet.

Est-ce que le réseau est suffisant pour soutenir la recharge en masse des VE?

Il est difficile de formuler des prévisions relatives à la demande future d’électricité pour les VE en raison des nombreuses inconnues, dont la courbe d’adoption des VE, la disponibilité des mesures incitatives, la construction de l’infrastructure, le prix de l’essence et la santé générale des économies. Si tous les conducteurs de véhicules utilitaires légers passaient des véhicules alimentés à l’essence aux VE, est-ce que les réseaux électriques auraient aujourd’hui à la capacité de recharger tous les VE? Si la transition avait lieu en un jour, la réponse serait probablement « non ». Heureusement, Rome n’a pas été construite en un jour.

Si tous les véhicules utilitaires légers aux États-Unis étaient remplacés par des VE, environ 1 000 térawattheures d’électricité supplémentaires par année seraient nécessaires, ou une augmentation d’environ le quart de notre demande d’électricité. Un térawattheure équivaut à l’électricité nécessaire pour alimenter environ 100 000 maisons aux États-Unis. Une augmentation de la demande de 1 000 TWh serait amplement suffisante pour surcharger les systèmes en place.

Toutefois, avec une planification suffisante axée sur la demande, une gestion active des charges et un passage graduel aux VE, une adoption importante des VE peut être soutenue par le réseau et même s’avérer utile pour la stabilité globale du réseau.

La demande d’électricité attribuable aux nouveaux VE peut être gérée grâce à une planification adéquate des services publics, dont la tarification selon l’heure de consommation, qui pourrait devenir une pratique habituelle d’ici 2020. Les sociétés de services publics ont réalisé des progrès importants dans la gestion des périodes de pointe de demande d’énergie avec le déploiement des compteurs intelligents. La tarification selon l’heure de consommation modifie le comportement des consommateurs en réduisant les prix de l’électricité pendant les périodes creuses pour limiter la demande pendant les périodes de pointe. Par exemple, une réduction du prix de l’électricité de moitié entre 19 h et 7 h par rapport au plein prix entre 7 h et 19 h encourage les consommateurs à utiliser leur lave-vaisselle ou leur laveuse le soir et non le jour. Par extension, il y aurait un incitatif à recharger les VE pendant la nuit. Imaginez combien de personnes feraient le plein de leur voiture à essence pendant la nuit si l’essence était moitié prix après minuit.

Il est important de comprendre que la demande en électricité varie énormément pendant la journée, et que le réseau a été bâti avec une capacité excédentaire importante afin d’être en mesure de satisfaire la demande pendant les périodes de pointe. Certains services publics, dont PG&E en Californie, ont déjà commencé à utiliser la demande des VE pour aplanir les pointes de consommation quotidienne. PG&E paie les propriétaires de VE pour obtenir le droit de contrôler le moment où les véhicules sont chargés, ce qui permet à l’entreprise d’utiliser la recharge des VE comme tampon pour le réseau.

La demande pourrait être encore plus équilibrée au niveau local grâce à des technologies émergentes, dont les solutions véhicules à réseau (VàR). Le concept qui sous-tend les VàR est que, lorsque les véhicules ne sont pas utilisés et branchés dans le réseau, ils servent de tampon pendant les périodes de forte demande en fournissant au réseau de l’énergie à la marge. Ces programmes peuvent aider à atténuer les pointes de demande et éventuellement servir de tampon pour la génération d’énergie renouvelable moins stable comme l’énergie éolienne et solaire.

Étant donné que le réseau a actuellement la capacité de recharger des dizaines de millions de véhicules, et que le passage complet aux VE ne se produira pas du jour au lendemain, le réseau électrique est en mesure de soutenir une transition importante aux VE. Les VàR et la tarification selon l’heure de consommation créent la capacité d’offrir une efficience accrue pour le réseau électrique.

Qu’en est-il de la disponibilité des bornes de recharge?

Il est de plus en plus évident qu’un réseau de bornes de recharge robuste est nécessaire pour stimuler la demande et l’adoption des VE. Selon les recherches, l’infrastructure de recharge et l’autonomie constituent certaines des principales raisons pour rejeter les VE. Les projections récentes relatives au déploiement des bornes de recharge partout dans le monde estiment que le nombre d’installations publiques et privées pourrait passer de deux millions en 2016 à plus de douze millions d’ici 2020. Les gouvernements et les constructeurs d’automobiles partout dans le monde se sont engagés à investir dans l’infrastructure de recharge au cours des dix prochaines années.

Tandis que l’infrastructure intra-urbaine est en voie d’être construite, l’absence à l’heure actuelle d’infrastructure dans le noyau des grandes villes n’entrave pas nécessairement les exigences quotidiennes des VE. Étant donné que la plupart des déplacements pour se rendre au travail sont de moins de 50 kilomètres par trajet et que l’autonomie des VE la plus récente peut atteindre 360 kilomètres, la présence de postes de recharge dans les noyaux centraux des villes ne devrait pas causer de problèmes. Le défi présenté par l’infrastructure peut être plus lié à la mentalité qu’à la réalité pour plus de la moitié de la population de conducteurs qui habitent dans une maison unifamiliale isolée. Notre société a été habituée à se fier aux stations-service pour alimenter les véhicules à moteur à combustion. Ainsi, pour passer aux VE, il sera nécessaire de délaisser de vieilles habitudes pour en adopter de nouvelles, par exemple, brancher notre véhicule électrique à la maison la nuit au lieu de se rendre à la station-service pour mettre de l’essence. Dans ce cas, les consommateurs ont un incitatif financier de changer leurs habitudes, étant donné que l’électricité est moins chère par mile que l’essence (environ le dixième du coût).

Malheureusement, moins de la moitié des véhicules aux États-Unis dispose d’un stationnement hors rue dans une résidence habitée par le propriétaire où une infrastructure de recharge peut être installée. L’installation de bornes de recharge dans les appartements ou autres immeubles à logements multiples exigerait une adoption plus élevée des VE.

Le coût des bornes de recharge varie, selon l’emplacement et les capacités de recharge requises. Cependant, le coût ne semble pas exagéré lorsqu’on considère les économies de carburant et d’entretien :

  • Niveau 1 maison : gratuit, si une prise ordinaire de 100 volts est disponible dans le garage
  • Niveau 2 maison : de 650 à 2000 $ US
  • Niveau 2 garage : de 4 050 à 7 500 $ US
  • Niveau 2 sur la rue : de 5 300 à 13 100 $ US
  • Niveau 3 recharge rapide CC : de 29 650 – 80 400 $ US

La différence entre les niveaux 2 et 3 est la différence entre brancher le véhicule dans une prise domestique (à trois trous, comme pour un four) qui requiert huit heures pour une recharge complète, et l’utilisation d’une prise spéciale qui peut charger la batterie jusqu’à 80 % en à peu près 30 minutes.

Explication des niveaux de recharge

Type Voltage (V) Capacité maximale (kW) Temps nécessaire pour recharger un VE avec une autonomie de 96 -130 km Km ajoutés par heure
Niveau 1 120 2 14–22 heures pour une recharge complète 4–8
Niveau 2 240 4 4–7 heures pour une recharge complète 20-32
Niveau 3 480 20–90 30 minutes pour une recharge à 80 % à 20 kW 96–130 à 20 kW

Source : « Electric Vehicles as Distributed Energy Resources », Rocky Mountain Institute, juin 2013

Y a-t-il suffisamment de matériaux pour batterie pour la transition aux VE?

La technologie de batterie s’est nettement améliorée et continue de progresser, tandis que des matériaux de qualité supérieure, plus rapides et moins chers deviennent la nouvelle norme. Les économies d’échelle constituent un facteur énorme dans la réduction des coûts, comme nous l’avons vu avec Tesla et le lancement récent de son usine Gigafactory, le plus grand bâtiment au monde selon la superficie (environ cent terrains de football). Gigafactory devrait permettre à Tesla de réduire les coûts de fabrication des batteries d’environ 30 %. Le prix des batteries diminuera encore davantage lorsque les constructeurs d’automobiles lanceront leurs nouveaux modèles de VE.

Même si les batteries nécessitent plusieurs composants clés, il est important de se demander si les matières premières sont disponibles en quantités suffisantes pour soutenir une conversion complète aux VE. Les principales matières premières utilisées dans une batterie de Tesla sont le lithium, le graphite, le nickel, l’aluminium et le cobalt. Le nickel et l’aluminium sont des éléments très répandus et largement disponibles, mais les trois autres sont moins courants.

  • Lithium : Ce minéral fournit la densité d’énergie la plus élevée parmi les matériaux courants de la batterie et possède la capacité d’être rechargé à de nombreuses reprises sans perte de capacité. La bonne nouvelle est que ce minéral existe presque partout dans le monde. Actuellement, 75 % du lithium est produit en Argentine, au Chili et en Bolivie. Le prix du lithium a grimpé en flèche en raison de la demande croissante pour les ordinateurs portatifs et les téléphones intelligents et, plus récemment, de la montée des VE, qui entraînent maintenant une réaction de l’offre.
  • Graphite : La demande pour le graphite devrait nettement augmenter, car ce composant est utilisé en tant que matière d’anode pour les batteries lithium-ion. La Chine a produit 66 % du graphite en 2016; toutefois, le Canada en a aussi produit. L’intérêt de Tesla dans la création d’une chaîne d’approvisionnement nord-américaine pourrait accroître les occasions pour les producteurs canadiens. Contrairement aux autres matières dans une batterie au lithium-ion, le graphite peut être produit synthétiquement, et le graphite synthétique est déjà utilisé dans certaines batteries lithium-ion.
  • Cobalt : Il s’agit d’un ingrédient clé dans la création des batteries au lithium-ion de haute puissance, et 55 % du toute la production de cobalt provient de la République démocratique du Congo, un pays politiquement instable. Contrairement aux autres matières utilisées pour les batteries, l’approvisionnement en cobalt semble constituer un goulot d’étranglement potentiel, avec la production mondiale actuelle suffisante pour approvisionner environ 15 millions de véhicules par année. De plus, une partie importante de la production est déjà utilisée pour les batteries des dispositifs électroniques personnels. Ce chiffre est nettement inférieur aux ventes d’automobiles dans le monde d’environ 75 millions de véhicules.

Même si, à court terme, il existe des questions d’approvisionnement pour le lithium, le graphite, et surtout le cobalt, il est important de se rappeler que la composition chimique des batteries devrait évoluer. Énormément de recherches sont effectuées partout dans le monde pour remplacer ou réduire la quantité de cobalt utilisée dans les batteries au lithium-ion, sans sacrifier la performance. De plus, d’autres compositions chimiques sont utilisées, dont le lithium-fer-phosphate, qui est très utilisé en Chine, le plus grand marché pour les VE.

Les scientifiques continuent d’innover, par le biais de nouvelles formulations et matières constitutives, ce qui augmente l’énergie et la puissance par rapport aux batteries lithium-ion actuelles. Toutefois, les spécialistes estiment que la capacité des batteries lithium-ion continuera d’augmenter de 6 à 7 % par année pendant plusieurs années grâce à une amélioration de l’ingénierie, de la densité d’énergie par le biais du développement de cathodes et d’anodes, et une fabrication efficiente à plus grande échelle.

Le coût des batteries sera-t-il un obstacle?

Les consommateurs aiment l’idée d’acheter un VE (30 % des consommateurs américains considèrent aujourd’hui l’achat d’un VE) mais le prix a un effet dissuasif important. Il est toutefois important de noter que les prix ont nettement diminué en peu de temps (voir le tableau ci-dessous). De 2010 à 2016, les prix des batteries ont reculé de près de 80 %. De fait, la courbe des coûts a dépassé les attentes, car les coûts diminuent plus rapidement que prévu.

Prix moyen des batteries ($US/kWh)

Graph showing decline of average battery price from $1000 in 2010 to $227 in 2016

Source : McKinsey&Company, « Electrifying insights: How automakers can drive electrified vehicle sales and profitability », janvier 2017
Prix moyen des batteries ($US/kWh)
Année Prix moyen des batteries
2010 1 000 $
2011 800 $
2012 642 $
2013 599 $
2014 540 $
2015 269 $
2016 227 $

Lorsque les coûts de batterie atteignent 100 $/kWh, les coûts des VE pour le marché de masse devraient atteindre la parité avec les véhicules à moteur à combustion interne, même si les coûts globaux de possession devraient être moins élevés que pour un véhicule à moteur à combustion interne étant donné les faibles coûts de carburant et d’entretien. De plus, on peut s’attendre à une transition plus rapide pour les parcs de véhicules, comme les taxis. Lorsque l’on considère qu’en moyenne, les taxis roulent 112 000 kilomètres par année, les économies d’entretien et de recharge, mesurées en coût par mile, peuvent déjà en valoir la peine, comparativement aux véhicules d’usage personnel pour ce qui est du point d’équilibre.

Le coût des batteries constitue également un élément important pour l’autonomie des VE. Au fur et à mesure que les prix diminuent, les fabricants et les consommateurs peuvent choisir entre une batterie à plus faible coût et une batterie plus grosse. Ainsi des véhicules avec une autonomie plus grande sont possibles, si les consommateurs le demandent.

Les VE semblent se rapprocher du point d’adoption élargi et rapide, car ils deviennent rapidement moins chers et meilleurs que les véhicules à combustion interne conventionnels. Même s’il existe des goulots d’étranglement possibles, y compris l’adaptation du réseau, le déploiement des bornes de recharge et une amélioration continue de la chimie et de la performance de la batterie, nous ne pouvons constater aucune faiblesse importante de la chaîne d’approvisionnement qui inévitablement arrêtera les progrès continus. Ainsi, nous croyons que l’adoption des véhicules électriques atteindra son point de bascule entre 2020 et 2030, ce qui selon nous constituera un défi structurel pour le secteur de l’énergie.


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Notes

  1. IEEE webinar with Mike Jacobs and Peter O’Connor of Union of Concerned Scientists, « Questions and Answers on Storage and Vehicle Charging as Renewables Arrive » 4 février 2016. ↩︎
  2. E-mobility: Closing the Emissions Gap, World Energy Perspectives, 2016. ↩︎
  3. Peterson, David, « 1700 Fast Chargers by 2016, » presentation au California PEV Collaborative, Nissan Amérique du Nord, 10 mars 2015, diapositive 6 selon un sondage de PG&E et RDA Group, 2014. ↩︎
  4. IHS Automotive. ↩︎
  5. Traut, Elizabeth et al., « US Residential Charging Potential for Electric Vehicles», Transportation Research Part D 25 (novembre 2013): 139-145. ↩︎
  6. « Pulling Back the Veil on EV Charging Station Costs », 29 avril 2014. ↩︎
  7. McKinsey&Company, « Electrifying insights: How automakers can drive electrified vehicle sales and profitability », janvier 2017. ↩︎
  8. Voir 2014 Taxicab Fact Book. ↩︎

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