Carburants alternatifs : quelles options pour une mobilité durable ?

Chaque année, la combustion de carburants fossiles libère environ 36 milliards de tonnes de CO2 dans l’atmosphère, contribuant de manière significative au changement climatique [1] . Face à cette urgence planétaire, la recherche et le développement de solutions de remplacement se sont imposés comme un enjeu majeur pour garantir une mobilité durable et préserver notre environnement. La transition énergétique dans le secteur des transports est donc devenue une priorité absolue pour réduire notre empreinte carbone et limiter les conséquences néfastes du réchauffement climatique.

Ce besoin impératif de diversifier nos sources d’énergie et de diminuer notre dépendance aux combustibles fossiles est au cœur des préoccupations des chercheurs, des industriels et des décideurs politiques. Découvrez comment ces innovations peuvent façonner un avenir plus vert et plus respectueux de notre planète.

Comprendre la durabilité : un cadre d’analyse multifactoriel

La mobilité durable transcende la simple substitution des carburants fossiles; elle intègre une vision plus large qui prend en compte les aspects sociaux, économiques et environnementaux. Il s’agit de garantir un accès équitable à la mobilité pour tous, tout en minimisant l’impact sur l’environnement et en assurant la viabilité économique des solutions mises en œuvre. Une approche multifactorielle s’avère donc essentielle pour évaluer les différentes alternatives aux carburants traditionnels et s’assurer qu’elles contribuent réellement à une mobilité pérenne.

Critères d’évaluation des carburants alternatifs

• Impact environnemental (Analyse du Cycle de Vie – ACV): Évaluer l’empreinte carbone, la consommation d’eau, l’impact sur la biodiversité et la pollution de l’air et des sols, de la production à l’utilisation [2] .
• Ressources et disponibilité: Examiner la disponibilité des ressources nécessaires à la production du carburant et les risques de dépendance géopolitique.
• Viabilité économique: Analyser le coût de production, le prix à la pompe, les infrastructures nécessaires, les subventions et les incitations fiscales.
• Performance et adaptations techniques: Étudier la compatibilité avec les véhicules existants, la performance (autonomie, puissance) et l’adaptation des moteurs et des infrastructures.
• Acceptabilité sociale: Comprendre la perception du public, l’adoption par les consommateurs, les aspects culturels et les habitudes de mobilité.

L’analyse du cycle de vie (ACV) est un outil crucial pour évaluer l’empreinte environnementale globale d’une source de carburant alternative, en considérant toutes les étapes, depuis sa production jusqu’à son utilisation, en passant par son transport, et enfin, sa fin de vie [3] . Cette méthode d’analyse permet de réaliser des comparaisons objectives entre les diverses options existantes, mettant en lumière les points faibles qui nécessitent des améliorations. Par exemple, un carburant présenté comme ayant « zéro émission » lors de son utilisation, pourrait, en réalité, engendrer un impact environnemental important si sa production requiert une quantité excessive d’énergie ou l’utilisation de ressources rares.

La disponibilité des ressources est un autre critère déterminant dans l’évaluation des carburants alternatifs. Il est crucial de s’assurer que les matières premières indispensables à la production de ces carburants soient non seulement abondantes, mais également facilement accessibles, afin de prévenir tout risque de pénuries ou de fluctuations tarifaires [4] . De surcroît, la diversification des sources d’approvisionnement s’avère essentielle pour atténuer la dépendance envers certains pays ou régions spécifiques, limitant ainsi les potentielles instabilités géopolitiques. Le concept de « rare earth fuels » illustre parfaitement cette problématique, étant donné que l’extraction et la transformation de ces métaux rares soulèvent des préoccupations significatives tant sur le plan environnemental que géopolitique.

Carburant	Émissions de CO2 (g/km) [5]	Coût de production (€/litre équivalent essence) [6]
Essence (moyenne)	160-200	0.70-0.90
Diesel (moyenne)	140-180	0.80-1.00
Électricité (mix énergétique européen)	50-80 (selon le mix énergétique)	Variable
Hydrogène (produit par électrolyse avec énergie renouvelable)	0	3-5
Biocarburant (2e génération)	20-50	1.50-2.50

Les alternatives « stars » : panorama et perspectives

Parmi les nombreuses options alternatives aux carburants traditionnels disponibles ou en phase de développement, certaines se distinguent par leur potentiel important et leur maturité technologique avancée. L’électricité, qu’elle soit stockée dans des batteries ou utilisée via des piles à combustible à hydrogène, ainsi que les biocarburants et les carburants synthétiques, apparaissent comme les principaux prétendants pour succéder aux carburants fossiles dans le domaine des transports. Chacune de ces options recèle des avantages et des inconvénients spécifiques qui méritent une analyse approfondie pour comprendre pleinement leur pertinence et leur potentiel.

L’électricité : batteries et piles à combustible à hydrogène

L’électrification des transports connaît une progression fulgurante, propulsée par les avancées significatives dans les technologies de batteries et de piles à combustible à hydrogène. Les véhicules électriques à batterie (VEB) gagnent en popularité, offrant une alternative propre et silencieuse aux véhicules thermiques traditionnels. Parallèlement, les piles à combustible à hydrogène (PAC) suscitent un intérêt croissant, notamment pour les applications exigeant une autonomie accrue et un temps de recharge réduit.

Batteries

Les batteries lithium-ion dominent actuellement le marché des VEB, grâce à leur densité énergétique satisfaisante, leur durée de vie raisonnable et leur coût en constante diminution [7] . Les principaux défis liés aux batteries demeurent l’autonomie limitée, le temps de recharge relativement long, ainsi que les enjeux liés à leur production, notamment l’extraction des matières premières et le recyclage en fin de vie. Les chercheurs explorent activement de nouvelles technologies de batteries, telles que les batteries solides et les batteries sodium-ion, susceptibles d’offrir des performances supérieures et un impact environnemental plus faible.

• Avantages: Absence d’émissions directes, coût d’utilisation faible, silence de fonctionnement.
• Inconvénients: Autonomie encore limitée, temps de recharge, coût initial parfois élevé, problématiques de production et de recyclage.
• Innovations prometteuses: Batteries solides, batteries sodium-ion, augmentation de la densité énergétique.

Le déploiement d’infrastructures de recharge adéquates constitue un enjeu crucial pour le développement de la mobilité électrique. Il est impératif de densifier le réseau de bornes de recharge publiques et privées, d’accroître leur puissance afin de réduire les temps de recharge, et de garantir l’interopérabilité entre les différents réseaux [8] . En France, on dénombrait environ 100 000 points de recharge publics au 1er janvier 2024, mais des disparités régionales persistent, soulignant la nécessité d’accélérer le déploiement dans les zones rurales et périurbaines. Des initiatives locales encouragent l’installation de bornes de recharge partagées dans les copropriétés pour faciliter l’accès à la recharge pour tous.

Région	Nombre de bornes de recharge publiques [9]
Île-de-France	Environ 20 000
Auvergne-Rhône-Alpes	Environ 15 000
Provence-Alpes-Côte d’Azur	Environ 12 000

Hydrogène : L’Atout des piles à combustible

Les piles à combustible à hydrogène (PAC) transforment l’énergie chimique de l’hydrogène en électricité, en ne rejetant que de l’eau. Les véhicules à hydrogène (FAH) offrent une autonomie similaire à celle des véhicules thermiques et un temps de recharge particulièrement rapide, constituant un atout majeur. Cependant, la production d’hydrogène demeure un défi significatif, car la majorité de l’hydrogène produit actuellement provient de sources fossiles, qualifié d’hydrogène « gris ». Pour que l’hydrogène devienne une solution véritablement durable, il est impératif de développer la production d’hydrogène « vert » par électrolyse de l’eau à partir de sources d’énergies renouvelables.

• Avantages: Absence d’émissions directes, recharge rapide, autonomie comparable aux véhicules thermiques.
• Inconvénients: Production d’hydrogène (coût, impact environnemental), stockage complexe, infrastructures coûteuses.
• Production d’hydrogène: Électrolyse (verte, bleue, grise), reformage du gaz naturel.

La production d’hydrogène par électrolyse de l’eau représente une voie prometteuse, mais elle requiert une quantité considérable d’électricité. Il est donc essentiel d’encourager le développement des énergies renouvelables, telles que l’éolien, le solaire et l’hydraulique, pour alimenter les électrolyseurs et assurer la durabilité de la filière hydrogène. L’hydrogène « bleu », produit à partir de gaz naturel avec captage et stockage du CO2, constitue une solution transitoire, bien que son impact environnemental suscite encore des débats. Des projets pilotes explorent la production d’hydrogène à partir de biomasse, offrant une alternative potentiellement plus durable. L’hydrogène dispose du potentiel pour décarboner des secteurs difficilement électrifiables, tels que le transport maritime, l’aviation et le transport de marchandises, contribuant ainsi à une réduction significative des émissions globales de gaz à effet de serre.

Biocarburants : un mélange de possibilités

Les biocarburants sont des carburants produits à partir de matières organiques renouvelables, telles que les cultures agricoles, les résidus agricoles, les déchets organiques et les algues. Ils peuvent être incorporés aux carburants fossiles dans les moteurs actuels, offrant une solution transitoire vers une mobilité plus verte. Néanmoins, il est crucial de prendre en compte que l’impact environnemental et social des biocarburants varie considérablement en fonction de leur processus de production et des matières premières employées.

• Biocarburants de première génération: Issus de cultures alimentaires (maïs, colza, betterave).
• Biocarburants de deuxième génération: Fabriqués à partir de résidus agricoles, forestiers et de déchets.
• Biocarburants de troisième génération: Dérivés de microalgues.

Les biocarburants de première génération, fabriqués à partir de cultures destinées à l’alimentation, ont essuyé de nombreuses critiques en raison de leur concurrence directe avec l’approvisionnement alimentaire humain et animal, ainsi que de leur impact conséquent sur l’utilisation des terres agricoles. Les biocarburants de deuxième génération, élaborés à partir de résidus agricoles, forestiers et de déchets, apparaissent comme une alternative plus durable, car ils ne rivalisent pas avec les besoins alimentaires et valorisent des ressources considérées comme des déchets. Les biocarburants de troisième génération, extraits de microalgues, présentent un potentiel considérable, car ils ne nécessitent pas de terres cultivables et peuvent être produits dans des environnements non agricoles, réduisant ainsi la pression sur les ressources terrestres. De nombreuses exploitations agricoles ont mis en œuvre des systèmes de production de biogaz à partir de leurs déchets, favorisant une économie circulaire plus respectueuse de l’environnement.

Carburants synthétiques (e-fuels) : L’Avenir du carbone neutre?

Les carburants synthétiques, aussi appelés e-fuels, sont créés en combinant du CO2 capturé et de l’hydrogène, en utilisant de l’énergie renouvelable. Ils sont conçus pour être compatibles avec les moteurs existants sans nécessiter de modifications majeures, offrant une solution potentiellement intéressante pour la transition énergétique. Les e-fuels sont considérés comme neutres en carbone si le CO2 utilisé provient de sources durables et si l’énergie nécessaire à leur fabrication est intégralement renouvelable. Cependant, leur principal défi réside dans leur coût de production élevé et leur efficacité énergétique encore perfectible.

• Fonctionnement: Production à partir de CO2 capturé et d’hydrogène renouvelable.
• Avantages: Potentiellement neutres en carbone, utilisables dans les infrastructures existantes.
• Inconvénients: Coût de production élevé, forte consommation d’énergie.

Les carburants synthétiques présentent un intérêt particulier pour la décarbonation des secteurs « difficiles à électrifier », tels que l’aviation et le transport maritime, où le poids et l’encombrement des batteries et des piles à combustible à hydrogène constituent un frein majeur. De plus, ils pourraient permettre de prolonger la durée d’utilisation des véhicules actuels en les alimentant avec un carburant plus propre. Des investissements importants dans la recherche et le développement sont nécessaires pour optimiser leur production, réduire les coûts et améliorer leur rendement énergétique. Porsche, par exemple, investit massivement dans la production d’e-fuels au Chili, visant à terme une production à grande échelle [10] .

Alternatives moins courantes : explorations et innovations

Au-delà des carburants alternatifs les plus largement médiatisés, il existe d’autres options, moins connues du grand public mais potentiellement porteuses d’avenir, qui méritent d’être étudiées avec attention. L’ammoniac, le DME (Diméthyléther) et le biopropane représentent des pistes à explorer pour diversifier les sources d’énergie et réduire l’empreinte carbone du secteur des transports. Ces carburants présentent des avantages et des inconvénients spécifiques qu’il est important de connaître pour évaluer leur pertinence à long terme.

L’ammoniac : un carburant maritime prometteur

L’ammoniac (NH3) est un composé chimique qui présente un intérêt croissant comme carburant alternatif, notamment pour le transport maritime et l’aviation. Son principal atout réside dans l’absence de carbone dans sa composition, ce qui signifie que sa combustion ne génère pas de CO2, contribuant ainsi à la réduction des émissions de gaz à effet de serre [11] . Cependant, la production d’ammoniac nécessite une grande quantité d’énergie et peut être polluante si elle est réalisée à partir de sources fossiles. De plus, l’ammoniac est un gaz toxique et corrosif, ce qui pose des défis en termes de stockage et de sécurité. Malgré ces obstacles, des recherches actives sont en cours pour développer des méthodes de production d’ammoniac plus propres et pour résoudre les problèmes liés à son utilisation comme carburant.

Le DME (diméthyléther) : une alternative au GPL

Le DME (Diméthyléther) est un composé organique qui peut être utilisé comme substitut du GPL (Gaz de Pétrole Liquéfié), offrant une alternative plus propre pour certaines applications. Il peut être produit à partir de diverses sources, notamment la biomasse et le CO2 capturé, ce qui en fait une option intéressante pour réduire la dépendance aux combustibles fossiles [12] . Le DME présente des propriétés similaires au GPL et peut être utilisé dans des moteurs légèrement modifiés. Sa combustion est plus propre que celle du GPL, avec des émissions réduites de particules et d’oxydes d’azote (NOx). Toutefois, sa production à partir de biomasse reste limitée et son coût est encore relativement élevé, ce qui freine son adoption à grande échelle.

Le biopropane (Bio-LPG) : un carburant directement substituable

Le biopropane (Bio-LPG) est un propane produit à partir de sources renouvelables, telles que la biomasse, les huiles végétales usagées et les graisses animales. Il est chimiquement identique au propane d’origine fossile et peut être utilisé dans les mêmes applications, sans nécessiter de modifications des équipements ou des infrastructures existantes, ce qui facilite son intégration [13] . Le biopropane offre une réduction significative des émissions de gaz à effet de serre par rapport au propane conventionnel, contribuant ainsi à la lutte contre le changement climatique. Sa production est en croissance, soutenue par les politiques publiques visant à promouvoir les énergies renouvelables et à réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Le carburant à base d’alcool (méthanol, éthanol) produit à partir de captage direct de l’air

Une approche novatrice consiste à produire du méthanol ou de l’éthanol à partir de CO2 capturé directement dans l’atmosphère et d’hydrogène produit à partir d’énergies renouvelables. Cette méthode permet de créer un cycle fermé du carbone, en utilisant le CO2 comme matière première pour la fabrication de carburants, contribuant ainsi à réduire la concentration de ce gaz à effet de serre dans l’atmosphère [14] . Bien que cette technologie soit encore à un stade de développement relativement précoce, elle présente un potentiel considérable pour diminuer les émissions de gaz à effet de serre et lutter contre le réchauffement climatique. Elle offre une solution prometteuse pour décarboner les secteurs des transports et de l’industrie, tout en favorisant une économie circulaire plus durable et respectueuse de l’environnement.

Repenser la mobilité : Au-Delà du carburant

La transition vers une mobilité durable ne se limite pas au simple remplacement des carburants fossiles par des alternatives plus propres. Il est impératif de revoir nos modes de déplacement et d’adopter des solutions plus efficaces et moins polluantes, agissant ainsi sur la demande de carburant elle-même. Le développement des transports en commun, l’encouragement de la mobilité active, le covoiturage, l’autopartage et un aménagement du territoire intelligent sont autant de leviers à actionner pour réduire notre dépendance à la voiture individuelle et diminuer notre empreinte carbone.

Priorité aux transports en commun

• Développer et optimiser les réseaux de transport en commun existants (trains, bus, tramways) [15] .
• Encourager l’utilisation des transports en commun par des incitations tarifaires et des aménagements facilitant leur accès.

La mobilité active : un enjeu de santé publique

• Promouvoir activement l’utilisation du vélo et de la marche à pied pour les trajets courts et moyens [16] .
• Aménager des infrastructures cyclables et piétonnes sécurisées et confortables pour encourager ces modes de déplacement.

Covoiturage et Auto-Partage : optimiser l’usage des véhicules

• Faciliter le covoiturage en mettant en place des plateformes et des incitations pour encourager le partage des véhicules [17] .
• Développer des services d’autopartage pour offrir une alternative à la possession individuelle d’un véhicule.

Un urbanisme pensé pour la mobilité douce

L’aménagement du territoire joue un rôle déterminant dans la réduction des besoins de mobilité. En rapprochant les lieux de travail, de logement et de loisirs, on diminue les distances à parcourir et on encourage l’utilisation des modes de transport alternatifs à la voiture. Le développement de villes plus compactes et polyvalentes, où les services et les commerces sont accessibles à pied ou à vélo, favorise une mobilité plus durable. Il est donc essentiel de planifier l’urbanisation de manière à limiter l’étalement urbain et à préserver les espaces naturels, contribuant ainsi à une meilleure qualité de vie et à la réduction des émissions de gaz à effet de serre.

L’économie circulaire au service des véhicules

L’économie circulaire offre des solutions pour réduire l’impact environnemental des véhicules sur l’ensemble de leur cycle de vie. Prolonger la durée de vie des véhicules existants par la réparation et la rénovation permet de diminuer la demande de nouveaux véhicules et de préserver les ressources naturelles utilisées pour leur fabrication. Favoriser le recyclage et la valorisation des matériaux en fin de vie des véhicules permet de récupérer des matières premières précieuses et de réduire la quantité de déchets envoyés en décharge. Ces approches combinées contribuent à une mobilité plus durable, respectueuse de l’environnement et économiquement viable.

Vers un modèle énergétique durable et diversifié

L’avenir de la mobilité durable repose sur une approche globale et diversifiée, qui prend en compte les dimensions environnementales, sociales et économiques. Il n’existe pas de solution unique et universelle, mais plutôt un ensemble de solutions complémentaires qui doivent être adaptées aux spécificités locales et aux différents usages. L’innovation technologique, la recherche et le développement jouent un rôle essentiel pour améliorer les performances, réduire les coûts et minimiser l’empreinte environnementale des carburants alternatifs. Les politiques publiques et les incitations fiscales sont également indispensables pour encourager la transition vers une mobilité plus respectueuse de l’environnement et de la société. Engageons-nous ensemble pour construire un avenir où la mobilité s’harmonise avec la préservation de notre planète, pour le bien-être des générations actuelles et futures.

Sources

[1] Agence Internationale de l’Énergie (AIE), « Emissions de CO2 liées à l’énergie ».

[2] ADEME, « Analyse du Cycle de Vie : principes et applications ».

[3] Commission Européenne, « Méthodologie d’Analyse du Cycle de Vie ».

[4] Rapport de l’ONU, « Ressources Naturelles et Développement Durable ».

[5] Base Carbone ADEME, « Facteurs d’Emission des Carburants ».

[6] Étude IFP Énergies Nouvelles, « Coûts de Production des Carburants Alternatifs ».

[7] BloombergNEF, « Battery Price Survey ».

[8] Avere France, « Baromètre des points de recharge pour véhicules électriques ».

[9] Données Open Data France, « Répartition géographique des bornes de recharge ».

[10] Porsche Newsroom, « Porsche investit dans les e-fuels ».

[11] Rapport de l’Agence Internationale pour les Énergies Renouvelables (IRENA), « L’ammoniac renouvelable ».

[12] Étude du Centre Interprofessionnel de Formation pour l’Automobile (CIFA), « Le Diméthyléther (DME) comme carburant alternatif ».

[13] World LPG Association (WLPGA), « BioLPG: A Renewable Solution ».

[14] Article scientifique publié dans la revue Nature, « Capture directe de CO2 et production d’éthanol ».

[15] Union Internationale des Transports Publics (UITP), « Avantages des transports publics ».

[16] Organisation Mondiale de la Santé (OMS), « Mobilité active : un guide pour l’action ».

[17] Plateforme Covoiturage.fr, « Chiffres clés du covoiturage en France ».