Feuille de route vers l'électrification : progrès et défis de l'électrification de l'industrie du transport commercial

Les véhicules électriques (VE) destinés aux consommateurs ont réalisé une pénétration significative sur le marché au cours de la dernière décennie. Selon Reuters, le troisième trimestre 2023 a enregistré les plus importantes ventes de VE jamais réalisées aux États-Unis, avec une part de marché de 7,9 %, en hausse de près de 50 % par rapport à l'année précédente. Cependant, d'autres industries de transport ont été plus lentes à adopter l'électrification. Cet article identifie plusieurs secteurs non-consommateurs susceptibles de connaître prochainement une croissance de la technologie des véhicules électriques et les défis liés aux infrastructures de recharge des flottes de VE qui ont retardé l'électrification des flottes commerciales.

Tendances actuelles et futures du transport

Les bus et les camions sont le prochain défi pour l'électrification des transports. Heureusement, les avancées fulgurantes des technologies de véhicules électriques telles que les systèmes de gestion de batterie, les relais automobiles, les connecteurs automobiles et bien d'autres accélèrent l'adoption des véhicules électriques dans ces segments de transport :

Bus électriques à batterie (BEB)

Les bus électriques à batterie (BEB), distincts des bus électriques alimentés par ligne de trolley, deviennent de plus en plus populaires dans les environnements urbains. Les BEB sont utilisés dans les réseaux de transport public en raison de leurs coûts d'exploitation réduits, de leurs émissions moindres et de leur facilité d'entretien comparés aux bus à combustion ou aux trolleybus.

Cependant, leur utilisation nécessite des infrastructures de recharge, ce qui peut ralentir l'adoption dans les régions où les politiques d'incitation en matière d'infrastructures sont moins développées. Certaines villes dans le monde, comme Shenzhen, ont déjà remplacé l'intégralité de leur flotte municipale de bus grâce à de massives incitations gouvernementales et au fabricant de véhicules électriques chinois, BYD.

Les avancées dans les technologies des semi-conducteurs de puissance, telles que les MOSFETs en carbure de silicium, permettent de réaliser des assemblages de batteries moins coûteux et plus efficaces. À mesure que la technologie des batteries continue de s'améliorer, l'autonomie des bus BEB augmentera, et le coût de ces véhicules diminuera, favorisant une adoption plus généralisée.

Bus de recharge en mouvement (IMC)

Une solution hybride aux BEBs et aux trolleybus est représentée par les bus à recharge en mouvement (IMC). Cette nouvelle technologie de bus électriques se trouve principalement en Europe centrale. Dans les villes où des lignes de trolley ont été installées précédemment, les bus IMC peuvent se recharger en roulant et s'écarter des lignes de trolley si nécessaire.

Les bus IMC ont une autonomie globale plus élevée, un poids à vide inférieur et utilisent des systèmes de gestion de batterie sophistiqués pour fonctionner en conjonction avec une alimentation directe. Les IMC pourraient également connaître une expansion du marché à mesure que les technologies de recharge par induction sur route se développent parallèlement au renforcement des infrastructures pour véhicules de consommation.

Camions lourds de gamme basse à moyenne

Les camions poids lourds passent progressivement à l'énergie électrique, en particulier ceux qui opèrent sur des itinéraires de courte distance. Bien que ces véhicules aient des exigences de poids et de puissance radicalement différentes des véhicules de consommation, leur adoption est avantageuse en raison des faibles coûts d'entretien de la flotte et des performances accrues des véhicules.

Dans des applications à faible kilométrage avec arrêts et redémarrages fréquents, comme les véhicules de livraison et les camions poubelles, les véhicules électriques peuvent se révéler bien plus efficaces et rentables que leurs concurrents à moteur à combustion. Surtout compte tenu de leurs capacités de couple élevé et instantané, il est probable que les véhicules électriques lourds soient largement adoptés prochainement.

Par exemple, Amazon s'est récemment associé au fabricant de VE Rivian pour créer 100 000 véhicules de livraison d'ici 2030 afin de remplacer progressivement leur flotte existante à combustion, dans le cadre de leurs efforts pour atteindre des émissions nettes de carbone nulles d'ici 2040. Cette nouvelle flotte de véhicules sera dotée d'une technologie VE de pointe, de capteurs automobiles et de systèmes intelligents de gestion des batteries, permettant à Amazon de mieux servir ses clients et de réduire les coûts.

Défis de recharge des flottes de VE

Les modes de transport tels que les avions, les grands navires et les camions longue distance sont moins susceptibles d'adopter la technologie des véhicules électriques à court terme pour les raisons suivantes :

Densité de puissance

Actuellement, les batteries ont un rapport puissance/poids trop élevé, ce qui rend leur adoption inefficace ou impossible pour les vols. Les avions nécessitent une puissance massive avec le poids le plus faible possible pour atteindre une efficacité maximale. Même dans l'aviation à combustion, plus l'appareil est lourd, plus il est coûteux de le faire voler.

Le poids du carburant est pris en compte de manière drastique pour chaque vol, les compagnies aériennes optant pour des réserves minimales de carburant afin de maximiser l'efficacité. De manière similaire, les grands navires nécessitent d'énormes quantités d'énergie pour leur transport. Bien que le stockage de cette énergie puisse sembler réalisable au premier abord, les batteries actuelles sont encore trop lourdes pour remplacer le carburant. Par exemple, un porte-conteneurs standard peut transporter environ 3 millions de gallons de diesel. Un seul gallon de diesel contient 138 700 BTU ou 40,6 kWh, ce qui correspond à la capacité de stockage énergétique de trois (3) Tesla Powerwall 3. Trois Tesla Powerwall 3 occupent 23 666,4 pouces cubes et pèsent 861 livres, tandis qu'un gallon de diesel occupe 231 pouces cubes et pèse 7,1 livres.

Ainsi, pour qu'un porte-conteneurs soit entièrement électrique avec les mêmes capacités de puissance, il doit supporter 102 fois l'espace de stockage et 121 fois le poids actuel de son stockage de carburant. À titre de comparaison, 9 millions de Tesla Powerwall 3 (équivalant à 3 millions de gallons de diesel) représentent le même volume que 30 211 conteneurs maritimes. Le plus grand porte-conteneurs au monde peut transporter 24 000 conteneurs et stocke plus de 5 millions de gallons de carburant pour ses opérations.

Défis de l'infrastructure de recharge des flottes de véhicules électriques

Les véhicules électriques nécessitent une infrastructure de soutien telle que des stations de recharge ou des bornes. Le développement de cette infrastructure de recharge peut être coûteux dans les environnements urbains, prohibitif en termes de coût dans les zones rurales, et même technologiquement irréalisable dans les environnements maritimes.

Parmi les avions, les navires et les camions longue distance, ceux qui sont les plus susceptibles de disposer d'une infrastructure de soutien à court terme sont les camions longue distance, car une grande majorité des environnements urbains ont déjà commencé l'électrification des infrastructures pour soutenir les véhicules grand public. Le plus grand défi pour les camions longue distance est l'électrification des zones rurales, ce qui pourrait uniquement restreindre certaines routes commerciales couvrant des distances hors de portée des véhicules électriques longue distance.

Les zones rurales peuvent disposer d'une infrastructure électrique limitée ou inexistante, sans parler d'une infrastructure suffisamment robuste pour recharger en continu les flottes de véhicules de transport longue distance. Pour que les camions longue distance soient adoptés, il sera probablement nécessaire de développer une production d'énergie dédiée et un réseau de transport dans des centres de recharge stratégiques, à l'image des aires de repos rurales et des stations-service qui desservent les véhicules à combustion.

Considérations sur les coûts des véhicules électriques commerciaux

Alors que certaines industries pourraient bientôt être techniquement capables de réaliser l'électrification, le coût pourrait être prohibitif. Passer une flotte de véhicules de la combustion interne aux véhicules électriques pourrait être financièrement inaccessible pour une entreprise.

Pour les industries avec des marges bénéficiaires limitées, le coût initial des véhicules et des infrastructures risque de freiner une adoption généralisée, même si le coût opérationnel est moindre à long terme. Les incitations réglementaires et politiques pourraient compenser les coûts d'investissement pour accélérer une adoption généralisée, à l'image des crédits d'impôt gouvernementaux qui accélèrent l'adoption des véhicules de consommation dans les pays désireux de le faire.

Une augmentation des véhicules électriques commerciaux

Bien que certains secteurs puissent être plus lents à adopter l'électrification, comme les grands navires maritimes, l'aviation et les camions longue distance, les récents progrès dans la technologie des véhicules électriques permettent une révolution dans le transport commercial. Les bus BEB et IMC gagnent du terrain à l'international grâce à leurs coûts d'exploitation réduits, leurs émissions diminuées et leurs performances supérieures. Les camions lourds devraient connaître une renaissance de l'électrification, illustrée par le projet d'Amazon de remplacer 100 000 véhicules de livraison à combustion par des véhicules électriques d'ici la prochaine décennie.

Des défis tels que la densité de puissance, les contraintes d'infrastructure et les coûts initiaux élevés ralentiront certains secteurs dans leur électrification. Néanmoins, l'adoption continue des VE sera observée dans presque toutes les industries et secteurs dans les années à venir, à mesure que les systèmes de surveillance des batteries, la gestion de l'énergie et la technologie des VE continueront de progresser.