Véhicules élec en californie

863 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
863
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
21
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Véhicules élec en californie

  1. 1. Ambassade de France à Washington Mission pour la Science et la Technologie 4101 Reservoir Road, NW - Washington, DC 20007 Tél. : +1 202 944 6249 Fax : +1 202 944 6219 Mail : publications.mst@ambafrance-us.org URL : http://www.ambafrance-us.orgDomaine : Véhicule électrique, Energie & EnvironnementDocument : Rapport d’Ambassade / Consulat Général de France à San Francisco,CaliforniaTitre : Perspectives technologiques du véhicule électrique : État des lieux en Californie etMéthode d’évaluationAuteur : Benjamin SaadaDate : Décembre 2011Contact SST : science@consulfrance-sanfrancisco.orgMots-clefs : énergie, réseau électrique, voiture électrique, bornes de recharge.Résumé : Ce rapport a pour but de faire un état des lieux du déploiement des véhiculesélectriques en Californie, et de fournir ensuite une grille de lecture pour l’évaluation denouvelles technologies dans ce domaine.En un premier temps, l’étude développe une expertise autour du sujet des véhiculesélectriques en Californie. Cette phase de familiarisation avec le sujet permet de mettre enlumière la faiblesse de l’argumentation autour du développement du véhicule électrique.En un second temps, cette étude s’attache à développer une méthode d’audit destechnologies du véhicule électrique focalisée sur l’expérience de l’utilisateur et sur laconstruction d’un modèle statistique des usages. Cette méthode est illustrée par uneinnovation concernant les infrastructures de charge des véhicules électriques.Pour conclure, sont présentés le bilan de cet audit ainsi que les recommandations pourpoursuivre l’amélioration des méthodes d’analyse des technologies.NB : Retrouvez toutes nos publications sur http://www.bulletins-electroniques.com, l’accès est libre et gratuit. -1-
  2. 2. -2-
  3. 3. Perspectives technologiques du véhiculeélectrique : État des lieux en Californie etMéthode d’évaluationCette étude a été menée conjointement dans les bureaux de San Francisco de la mission scientifique du consulat de Franceet de l’équipe EDF Innovation, dans le cadre du stage de fin d’étude de l’Ecole des Mines Benjamin SAADA -3-
  4. 4. RésuméCe rapport a pour but de faire un état des lieux du déploiement des véhicules électriques en Californie,et de fournir ensuite une grille de lecture pour l’évaluation de nouvelles technologies dans cedomaine.En un premier temps, l’étude développe une expertise autour du sujet des véhicules électriques enCalifornie. Cette phase de familiarisation avec le sujet permet de mettre en lumière la faiblesse del’argumentation autour du développement du véhicule électrique.En un second temps, cette étude s’attache à développer une méthode d’audit des technologies duvéhicule électrique focalisée sur l’expérience de l’utilisateur et sur la construction d’un modèlestatistique des usages. Cette méthode est illustrée par une innovation concernant les infrastructuresde charge des véhicules électriques.En conclusion, cette étude de l’écosystème Californien, accompagnée de son modèle de simulation, anotamment permis de démontrer :  la faiblesse d’une analyse comparative dans le secteur de la mobilité électrique  le potentiel technico-économique lié à l’introduction des systèmes Internet et Technologies dans les éléments du système de mobilité électrique  le domaine de sensibilité de la mobilité électrique à la distribution des bornes de charge qui inclut le résultat suivant : « une charge garantie par jour suffit largement à combler les besoins pressentis pour un utilisateur »  un résultat fondamental en matière de statistiques démontrant un cas de rétroaction du système par rapport à la charge des utilisateurs dans certaines configurations (phénomène de foisonnement)  le fort potentiel des technologies de bornes intelligentes dans le cas d’une distribution de bornes de charge dans les lieux publics et le peu d’intérêt de cette même technologie dans le cas d’une distribution privée des bornes de chargeA l’heure où ce rapport est écrit, cette étude devrait conduire à :  La naissance d’un processus final utilisé régulièrement par l’équipe EDF Innovation pour analyser les technologies du véhicule électrique  Une publication prenant pour exemple les résultats des simulations pour démontrer les besoins d’améliorer les modèles de prévision du véhicule électrique en Europe en se basant sur des indicateurs orientés vers les consommateurs  L’élaboration d’un modèle statistique par une unité d’EDF spécialisée en mathématiques prenant en compte les spécificités géographiques des déplacements (passage à une vision 2D), alimenté par une base de données spécifique -4-
  5. 5. SommaireLes problématiques de l’émergence du véhicule électrique, le cas pratique de la Californie -11 - A. Histoire du véhicule électrique en Californie - 11 - B. Acteurs de la mobilité électrique - 12 - 1) Les constructeurs automobiles - 12 - 2) Les énergéticiens - 13 - 3) Les régulateurs - 13 - 4) Les opérateurs de borne de charge - 13 - C. Les mécanismes d’incitation en faveur du véhicule électrique - 14 - 1) Au niveau fédéral - 14 - 2) Au niveau des Etats - 14 - D. Positions des acteurs clés sur le véhicule électrique - 15 - 1) Les points de consensus - 15 - 2) Les points qui font débat - 15 - E. Description du modèle Californien de mobilité électrique - 16 - 1) Le véhicule type - 16 - 2) Le schéma de déploiement des bornes de charges - 17 - 3) Les attentes comportementales - 19 -Le véhicule électrique, proposition d’une méthode d’analyse: - 20 - A. Les limites d’une analyse classique - 20 - 1) Limites dans l’analyse des performances statiques - 20 - 2) Limites dans l’analyse des performances dynamiques - 20 - B. Description des composants du système de mobilité électrique - 21 - 1) Description du système - 21 - 2) Les types de flux - 24 - 3) Analyse fonctionnelle des principaux éléments - 24 - 4) Configuration du système - 25 - C. Les enjeux d’un système de mobilité électrique, critères d’analyse - 26 - 1) Définition des critères d’analyse - 26 - 2) Présentation du modèle de simulation du critère de confort - 28 - -5-
  6. 6. 3) Présentation du système de notation. - 31 - D. Conclusion : Cartographie de l’impact des principaux composants - 32 - 1) Analyse fonctionnelle croisée des principaux éléments du véhicule électrique - 32 - 2) Conclusion : Cartographie de l’impact des principaux composants - 33 - E. Conclusion sur la méthode d’analyse - 35 -Application de la méthode au cas de la technologie Intelligence embarquée pour lesbornes de charges - 36 - A. Description de la technologie - 37 - 1) Qu’est ce qu’une Borne de charge intelligente ? - 37 - 2) Quels sont les enjeux qualitatifs liés à l’intelligence de la borne ? - 38 - B. Etalonnage du Système de référence - 39 - 1) Description des principaux éléments - 39 - 2) Choix des configurations - 40 - 3) Présentation de la fiche de résultat du confort : Exemple de la configuration A sur le système de référence - 41 - 4) Exemple d’étalonnage des critères de référence : Cas de la configuration C - 45 - C. Evaluation de la solution Borne intelligente - 46 - 1) Résultat de la simulation du confort utilisateur : cas de borne intelligente. - 46 - 2) Interprétation des résultats de la simulation de confort - 46 - 3) Tableau d’analyse - 48 - 4) Conclusion sur la pertinence d’utiliser des bornes intelligentes 49 D. Conclusion sur la pertinence de la méthode d’analyse après passage au cas pratique 50 1) La possibilité de s’affranchir d’un discours marketing peu rigoureux 50 2) Une analyse innovante pour des technologies innovantes 50 3) Une méthode heuristique 50Travaux cités 52Remerciements 53Annexes 54 A. Articles publiés pendant la durée du stage 54 B. Liste des visites réalisées pendant la mission 55 1) Forum/Conférence 55 2) Producteur d’électricité 55 -6-
  7. 7. 3) Recherche 55 4) Organisme public 55 5) Société 55C. Liste des technologies utilisées dans la méthode d’analyse 56D. Liste des entrées du modèle de simulation du confort 57 1) Paramètre de simulation 57 2) Paramètre de trajet 57E. Validation de la méthode statistique : Démonstration du phénomène defoisonnement 58F. Explications détaillées du modèle de confort sur les configurations de références B, Cet D 60G. Description complète du système de mobilité électrique 62 3) Description du système 62 4) Les types de flux 65 5) Représentation Schématique 66 -7-
  8. 8. Liste des figuresTableau 1 : Quelques exemples des grands projets financés par le DOE ............................ - 14 -Tableau 2 : Quelques exemples de grands projets financés par létat de Californie 1 ......... - 14 -Tableau 3 : Comparaison Véhicule électrique, Véhicule hybride électrique [7] .................. - 16 -Tableau 4 : Comparatif des différents modes de charge ..................................................... - 17 -Tableau 5 : Comparaison dimpact sur le réseau de divers sous ensemble ........................ - 18 -Tableau 6 : Principales caractéristiques des utilisateurs américains de Véhicule Electrique [7] -19 -Tableau 7 : Analyse fonctionnelle des principaux élèments du système de véhicule électrique.............................................................................................................................................. - 24 -Tableau 8 : Système de notation .......................................................................................... - 31 -Tableau 9 : Analyse fonctionnelle des éléments du système véhicule électrique .............. - 32 -Tableau 10 : Récapitulatif des 4 configurations retenues ................................................... - 41 -Tableau 11 : Résultats indicateurs de confort, système de référence en configuration A . - 43 -Tableau 12 : Synthèse des résultats ..................................................................................... - 43 -Tableau 13: Résultats de la simulation du confort .............................................................. - 46 -Tableau 14 : Résultats indicateurs de confort, système de référence en configuration B ...... 60Tableau 15 : Résultats indicateurs de confort, système de référence en configuration C ...... 61Tableau 16 : Résultats indicateurs de confort, système de référence en configuration D ..... 61Figure 1 : Photo commerciale du modèle EV1 ..................................................................... - 12 -Figure 2 : Photo dune Chevrolet Volt en train de charger à Palo Alto ................................ - 17 -Figure 3: Borne de charge level 2 domestique .................................................................... - 19 -Figure 4 : Modélisation schématique dun véhicule électrique ........................................... - 21 -Figure 5 : Modélisation schématique dune borne de charge ............................................. - 22 -Figure 6 : Représentation schématique du réseau électrique ............................................. - 23 -Figure 7 : Représentation schématique dun réseau de données ....................................... - 23 -Figure 8 : Représentation schématique du système mobilité électrique ............................ - 24 -Figure 9 : Représentation schématique du fonctionnement du modèle de simulation deconfort .................................................................................................................................. - 29 -Figure 10: Exemple dune fiche de résultat simulation confort ........................................... - 30 -Figure 11: Cartographie de limpact des éléments .............................................................. - 33 -Figure 12: Photographie dune station de charge simple .................................................... - 36 -Figure 13 : Photo dune station de charge intelligente avec système didentification intégré .. -37 -Figure 14 : Rappel impact de lintelligence de la borne de charge sur le système de mobilitéélectrique ............................................................................................................................. - 39 -Figure 15 : Récapitulatif du système de mobilité électrique de référence.......................... - 40 -Figure 16: Exemple dune fiche de résultat simulation confort ........................................... - 42 - -8-
  9. 9. Figure 17 : Déroulement du scénario utilisation avec système de référence en configurationA............................................................................................................................................ - 42 -Figure 18 : Résultat comparé dans la configuration C ......................................................... - 47 -Figure 19 : Score de la solution Borne intelligente (un score élevé signifie une bonneperformance)- exemple de la configuration C .......................................................................... 49Figure 20 : Déroulement du scénario utilisation avec système de référence en configurationB ................................................................................................................................................ 60Figure 21 : Trajet typique sur 2 jours avec probabilité (0,8 bornes par voiture) debranchement lors du retour au domicile ................................................................................. 60Figure 22 : Trajet typique sur 2 jours avec probabilité (1,8 bornes par voiture) debranchement au domicile et au travail .................................................................................... 61Figure 23 : Modélisation schématique dun véhicule électrique ............................................. 62Figure 24 : Modélisation schématique dune borne de charge ............................................... 63Figure 25 : Représentation schématique du réseau électrique ............................................... 64Figure 26 : Représentation schématique dun réseau de données ......................................... 65Figure 27 : Représentation Schématique du système mobilité électrique .............................. 66 -9-
  10. 10. IntroductionLa mission du Service Scientifique du Consulat français de San Francisco est de créer des partenariatsde R&D entre la France et les États-Unis sur le sujet des technologies propres. A ce titre il collaboreavec de nombreux acteurs académiques et industriels, français et américains, de la mobilitéélectrique, des énergies renouvelables, du stockage énergétique, et de lefficacité énergétique. A l’heure où les Etats Unis ont la ferme intention de devenir leaders dans le véhicule électrique1, ilest devenu stratégique pour la France et ses acteurs du domaine de l’énergie de suivre l’évolutiontechnologique et commerciale de ce secteur en plein essor, notamment dans la Silicon Valley,véritable épicentre du phénomène. C’est pourquoi le service scientifique a collaboré avec le groupeEDF pour fournir une analyse du déploiement du véhicule électrique.De cette collaboration il est vite ressorti que l’identification des technologies du véhicule électriqueen Californie peut s’avérer biaisée par un phénomène de désinformation du au lobby intense desparties prenantes, une culture du marketing technologique spécifique à la région et au phénomènede mode entourant les technologies propres. C’est pourquoi il a été décidé en cours de route - afinde réussir cette mission de veille technologique - de pousser l’exercice plus loin en proposant uneméthode d’évaluation des technologies liées au véhicule électrique.L’étude commence donc par le développement d’une expertise autour du sujet des véhiculesélectriques en Californie (Partie I). Cette phase de familiarisation avec le sujet permet de mettre enlumière la faiblesse de l’argumentation autour du développement du véhicule électrique dans cetterégion. Vient ensuite la phase de développement d’une méthode d’audit des technologies duvéhicule électrique focalisée sur l’expérience de l’utilisateur et sur la construction d’un modèlestatistique des usages (Partie II). Cette méthode est illustrée par une innovation concernant lesinfrastructures de charge des véhicules électriques (Partie III). Pour conclure, sont présentés le bilande cet audit ainsi que les recommandations pour poursuivre l’amélioration des méthodes d’analysedes technologies.1 Le président Barack Obama a encore rappelé son objectif d’1 million de véhicules électriques en 2015 lors deson discours annuel « State of the Union address » (7) - 10 -
  11. 11. Les problématiques de l’émergence du véhicule électrique, le cas pratique de la CalifornieLe véhicule électrique n’est pas une simple innovation. La complexité de sa mise en œuvre et lacourte durée d’implémentation réclamée par les gouvernements en font une véritable révolution.Il est important de préciser au lecteur que le terme courant de véhicule électrique est un raccourcimalheureux. En effet, il n’englobe qu’une très petite partie du problème : la voiture. Il est préférabled’employer ici le terme de mobilité électrique, qui regroupe le véhicule, mais également les réseaux(électriques et données) qui l’accompagnent ainsi que les usages des utilisateurs du système.En effet, une solution de mobilité électrique est en réalité une combinaison adaptée à un usage, à untype de véhicule et à un comportement de l’utilisateur. Il y a autant de mobilité électrique qu’il y ad’usage de la voiture. Par ailleurs, ces usages évoluent en permanence à l’image des configurationsurbaines. Certains systèmes de mobilité sont ainsi très bien adaptés à certaines classes de lapopulation dans un lieu géographique donné mais s’avèrent inutilisables pour d’autres. Cette obligation de partager la solution entre des acteurs très différents est incontestablement unecomplexité qu’il faut apprendre à maîtriser afin d’appréhender efficacement le sujet du véhiculeélectrique.Le but de cette première partie est donc de présenter les enjeux culturels, historiques etévidemment techniques associés à la mobilité électrique avec une vision centrée sur les Etats-Uniset particulièrement sur la Californie. A. Histoire du véhicule électrique en CalifornieLa Californie est considérée comme un véritable leader mondial du véhicule électrique. Depuis 1996,du fait de très fortes contraintes sur les émissions de CO2 [1] et le projet Zero Emission Vehicule [2]né sous la gouvernance d’Arnold Schwarzenegger1, de nombreux acteurs se sont positionnés sur lesegment de la mobilité propre prévoyant des opportunités commerciales très lucratives sous l’effetdes incitations financières et des aides publiques. Ainsi la Californie s’est-elle dotée dès 1996 dupremier modèle « moderne »2 de véhicule électrique de série développé par General Motors, l’EV1avec plus de 1000 véhicules produits en 3 ans.1 Arnold Schwarzenegger a été gouverneur de Californie de 2003 à 20102 Les véhicules électriques existent depuis le début du XXème siècle - 11 -
  12. 12. Figure 1 : Photo commerciale du modèle EV1Après l’éclatement de la bulle du numérique dans les années 2000 sur l’internet, la Silicon Valleys’est en partie reconvertie dans les nanotechnologies, puis les biotechnologies et enfin les CleanTech1, voyant fleurir un très grand nombre de start-up dont les innovations ont en commun l’objectifde la réduction des pollutions. Ainsi, les nouveaux acteurs du véhicule électrique ontsystématiquement un bureau en Californie, dans la baie de San Francisco, contribuant à faire decette région une zone d’émulation à la pointe de la technologie.Au cours des dernières années, San Francisco est devenu une plaque tournante des conférences, despilotes, des débats, des expérimentations techniques, et des lancements commerciaux de la mobilitéélectrique. B. Acteurs de la mobilité électrique 1) Les constructeurs automobilesLes constructeurs automobiles ont un rôle important dans la mobilité électrique, essentiellement carils sont en charge de l’intégration de batterie, qui comme il sera montré ci-après, a une importancecapitale sur les performances de la mobilité électrique générale.Ils ont, non seulement la responsabilité de dimensionner la batterie, mais aussi de fournir une offrecommerciale intelligente pour le véhicule électrique. En effet, le véhicule électrique nécessite uninvestissement initial important (essentiellement à cause de la batterie dont la durée de vie estlimitée [3]) qui peut représenter un frein au succès commercial de la mobilité électrique2. Parexemple, certains constructeurs travaillent sur des offres de location de batterie et/ou d’entretienpour en améliorer la durée de vie.1 Clean Tech est la terminologie utilisée aux USA pour décrire les technologies propres2 Aujourd’hui, le stockage mobile coute entre [500-900+ le kWh sachant qu’une batterie standard contient24kwh. - 12 -
  13. 13. A titre informatif, les constructeurs actifs sur la côte ouest dans la mobilité électrique sont : Nissan,Mini, BMW, General Motors, CODA, TESLA. 2) Les énergéticiensAux USA, les productions d’énergie ont pour fonction principale d’assurer l’arrivée des électrons dansles bornes de charge des utilisateurs. Leur mission se limite donc à assurer une qualité de service surle réseau électrique en fonction de l’évolution des besoins des utilisateurs de la mobilité électrique.Au cas par cas, les énergéticiens peuvent intervenir sur le déploiement des bornes dans l’espacepublic, mais cette question relève plutôt de l’intervention des régulateurs.A titre informatif, les énergéticiens actifs sur la côte ouest dans la mobilité électrique sont : SouthernCalifornia Edison (SCE), San Diego Gas & Electric (SDG&E), Pacific Gas & Electric (PG&E), SacramentoMunicipal Utility District (SMUD). 3) Les régulateursLes régulateurs doivent favoriser une organisation propice à l’émergence puis au développementd’un marché de la mobilité électrique1. Aux Etats-Unis, ces différents organismes, avec un champd’action au niveau des Etats utilisent essentiellement deux facteurs d’influence : une redistributiondes impôts2, orientée en faveur des technologies qu’ils jugent stratégiques, et une régulation des prixen faveur de la diminution du CO2. Il est important de noter que l’action des régulateurs est remarquable d’ingéniosité afin de pousserles industries et les entrepreneurs à se lancer dans le développement du véhicule vert. En plus detoutes les subventions accordées aux véhicules verts (équivalentes au bonus écologique français),voici deux exemples représentatifs de la politique de régulation californienne:  La régulation du marché de l’énergie mise en place par California Public Utilities Commission (CPUC) implique que les revenus des énergéticiens ne sont pas fonction de la quantité d’énergie vendue (mécanisme dit « découplé »), mais de l’atteinte d’objectifs renégociés chaque année3  Cette même commission (CPUC) a finalement décidé d’interdire la vente des services liés à la recharge des véhicules électriques aux énergéticiens. Cette décision implique l’émergence d’un marché dérégulé des opérateurs de charge de véhicule électriqueA titre informatif, les organismes de régulation actifs sur la côte ouest dans la mobilité électriquesont : California Public Utilities Commission (CPUC), California Air Resource Board (CARB), Bay AreaAir Quality Management District (BAAQMD) 4) Les opérateurs de borne de chargeEtant donné la régulation californienne, il est fort probable que nous allons assister à l’émergenced’entreprises chargées d’opérer les stations de charge de véhicules électriques à travers le territoire.Ces opérateurs seront probablement les fabricants de bornes de charge. En effet, ces opérateurs, sur1 Ce cadre politique est donné par le fameux Assembly Bill 118 au niveau national et Assembly Bill 32 enCalifornie qui correspondent à des décisions d’assemblée nationale et régionale dans le système Français.2 Par exemple, le crédit pour les véhicules à faibles émissions de CO2 est financé par les taxes d’immatriculation3 Le lecteur remarquera que l’énergie, en Californie ainsi que dans une majorité des états, est un marché régulé(contrairement à l’Europe). - 13 -
  14. 14. le modèle de la téléphonie mobile, vont assurer le déploiement, l’entretien des équipements et lamise en place de services articulés autour de la création d’un réseau de charge communicant.Par exemple, moyennant un abonnement, l’utilisateur aura accès à la disponibilité des bornes, destarifications du chargement en fonction du prix de l’électricité, …1A titre informatif, les fabricants de bornes de charge actifs sur la côte ouest sont Ecotality, Coulombtechnologies, Aerovironment, ClipperCreek C. Les mécanismes d’incitation en faveur du véhicule électriqueAprès la « faillite » de deux des Big3 (General Motors, Chrysler, Ford), lors de la crise économique de2009, le gouvernement américain a décidé de faire des USA un des leaders dans le véhiculeélectrique. Il s’ensuit un mécanisme d’incitation très fort à deux niveaux. 1) Au niveau fédéralLe Department of Energy (DoE) finance massivement des projets de recherche dans toutes lesrégions des Etats-Unis afin de développer des technologies permettant d’asseoir durablement levéhicule électrique. Par ailleurs, cette même entité intervient ponctuellement pour soutenir desindustries stratégiques comme la filière des batteries. 2 Tableau 1 : Quelques exemples des grands projets financés par le DOE Type de projet ciblé Nature de l’aideAdvanced Energy Research Project Recherche Financement, CréditGrantsImproved Energy Technology Loans Commercial Garantie financièreAdvanced Technology Vehicle (ATV) Industriel CréditManufacturing IncentivesClean Cities Commercial Animation d’un réseau 2) Au niveau des EtatsLes états ont pour mission de favoriser le développement du véhicule électrique au titre del’indépendance énergétique des Etats-Unis. Dans la pratique, ils y consacrent plus ou moins definancement en fonction de leur intérêt pour la question des véhicules électriques et desopportunités énergétiques locales. La Californie est évidemment très active sur le sujet et peutmême financer des projets de recherche au même titre que le Department Of Energy (NiveauFédéral). 1 Tableau 2 : Quelques exemples de grands projets financés par létat de Californie Type de projet ciblé Nature de l’aidePlug-In Hybrid and Zero Incitation conducteur Subvention du véhiculeEmission Light-Duty VehicleRebates1 Voir par exemple l’offre commerciale EVGo : https://www.evgonetwork.com/2 La liste complète des aides peut être consultée sur le site de « l’Alternative Fuels & Advanced Vehicles DataCenter » : http://www.afdc.energy.gov - 14 -
  15. 15. Alternative Fuel and Vehicle Recherche CréditResearch and DevelopmentIncentivesElectric Vehicle Supply Incitation conducteur Subvention borne de chargeEquipment (EVSE) IncentiveElectric Vehicle (EV) Charging Incitation énergéticien Subvention prix de l’énergieRate Credit – SMUDHigh Occupancy Vehicle Incitation conducteur Ligne rapide pour les(HOV) Lane Exemption véhicules qui font du co voiturage D. Positions des acteurs clés sur le véhicule électrique 1) Les points de consensus  Le marché du véhicule électrique aux USA existe: le nombre des consommateurs prêts à accueillir cette nouvelle forme de mobilité a dépassé le seuil critique nécessaire pour absorber le très fort coût initial de déploiement des infrastructures.  La voiture électrique (avec les performances actuelles) est capable de remplacer le véhicule qui sert à se rendre sur son lieu de travail tous les jours1 [4] [5].  Les batteries Lithium-Ion sont les seules capables aujourd’hui de répondre aux prévisions de production du véhicule électrique à court/moyen terme. 2) Les points qui font débat  Les besoins en infrastructure publique de charge [5].  La pérennité du système de mobilité électrique actuel : en effet, les technologies utilisées ou développées ne remplissent souvent pas les critères pour être produites à grande échelle avec des coûts compatibles2.  La capacité des véhicules à remplacer tous les types de véhicule essence, notamment le véhicule principal qui sert à effectuer des longues distances.  La gouvernance générale de la mobilité électrique. Les acteurs traditionnels du véhicule essence se trouvent dans des configurations de marché et des rôles différents lorsqu’il s’agît du véhicule électrique. Plus particulièrement, en termes de gestion des risques, ils sont obligés d’assumer des problématiques nouvelles qui soulèvent parfois des oppositions. Par exemple, les énergéticiens dont le métier est de vendre de l’énergie doivent diminuer la consommation de leurs clients, les fabricants de voiture deviennent des loueurs de batterie, etc.…  Les usages et la répartition entre véhicule hybride électrique et véhicule électrique [6].1 Ce véhicule est appelé « la seconde voiture » dans le langage courant. On l’appelle le véhicule « commuter »aux USA.2 Le lecteur désireux d’en savoir plus pourra se renseigner sur le projet A123 - 15 -
  16. 16. E. Description du modèle Californien de mobilité électriqueAu moment de l’écriture de ce document, les décisions sont déjà prises ou les tendancessuffisamment fortes pour prétendre prédire l’allure du système de mobilité électrique aux USA etplus particulièrement dans la baie de San Francisco. 1) Le véhicule typePar définition, le giron de la mobilité électrique englobe l’ensemble des véhicules capables de seconnecter au réseau électrique1. Aujourd’hui, il existe 2 modèles de véhicule qui entrent dans cettecatégorie:  Le véhicule entièrement électrique : Son autonomie est uniquement fournie par une batterie qui se recharge principalement par une source d’énergie électrique. En exemple, la Nissan Leaf.  Le véhicule hybride rechargeable2 : il possède 2 systèmes de motorisation : un moteur à essence avec son réservoir et une propulsion électrique avec une batterie. En exemple, la Chevrolet Volt. Tableau 3 : Comparaison Véhicule électrique, Véhicule hybride électrique [7] Véhicule électrique Véhicule hybride rechargeable3Nombre de places 5 5Autonomie de la batterie 100miles 40milesIntelligence embarquée Non NonMode de commercialisation Vente VentePrix 36,000$ (Nissan Leaf) 40,280$ (est. Chevy Volt)Type de batterie Lithium ion Polymer (Li-Mn) Lithium IonPrévision de vente en 2011 29,600 16,000Prévision de vente en 2013 93,000 170,0001 En Californie, depuis 2011 les modèles hybrides non rechargeables comme la PRIUS de Toyota ne sont plusconsidérés comme propres car leur niveau d’émission de CO2 est au-dessus des quotas actuels2 Le véhicule hybride non rechargeable ne se connecte jamais au réseau et se charge de manière autonome àpartir de l’énergie cinétique au freinage ou du moteur essence. Le modèle emblématique est la Toyota Prius3 Nous avons notamment utilisé les données de la bibliographie (11; 11) - 16 -
  17. 17. Figure 2 : Photo dune Chevrolet Volt en train de charger à Palo Alto 2) Le schéma de déploiement des bornes de chargesIl est important de commencer par rappeler au lecteur qu’il existe aujourd’hui 3 types de bornes decharge qui se différencient par leurs vitesses de chargement des batteries. La métrique retenue parl’industrie est le temps de charge pour 100 miles d’autonomie de batterie1. Tableau 4 : Comparatif des différents modes de chargeType de charge Volts Ampères Temps de chargement pour 100 miles dautonomieLevel 1 120V AC 16A 16/32 hLevel 2 208/240V 32A 4/6 h ACDC Fast 240/500V 125A 20 minCharging DCIl y a peu d’incertitude sur le schéma de déploiement des bornes de charge aux Etats Unis étantdonné que les accords cadres sont déjà signés2. Il est donc prévu un déploiement massif de chargeurslevel 2, avec un ratio de 1,5 chargeur par voiture. Cela signifie que pour deux voitures électriquesvendues (hybride électrique ou full électrique), le gouvernement prévoit l’installation de trois bornesde charge (deux bornes dans les maisons des conducteurs et une borne sur la voie publique). Ces1 Cette métrique sous-entend que les voitures ont toutes le même rendement de conversionélectrique/mécanique ce qui n’est certainement pas vrai.2 Notamment les accords pour the EV Project et Charge Point America - 17 -
  18. 18. chargeurs level 2, seront complétés par des chargeurs DC Fast Charging sous forme de corridors dansles autoroutes et ponctuellement dans les lieux publics1.La limitation de la puissance de la charge ne vient pas de la borne de charge mais de la capacité duréseau électrique à fournir de l’énergie à une très forte intensité. En effet, une voiture électriquebranchée sur le réseau en level 2, représente l’équivalent de la consommation d’une maison. Doncune voiture branchée sur un chargeur DC ajoute en quelques fractions de seconde l’équivalent de 4maisons sur le réseau. Non seulement cela requiert beaucoup d’énergie, mais ces branchementsrapides sur le réseau ajoutent des harmoniques et nuisent à l’efficacité énergétique de tout leréseau. Tableau 5 : Comparaison dimpact sur le réseau de divers sous ensemble Puissance de l’appareil (Watt) Consommation annuelle moyenne (kWh)TV plasma en service De 261 à 344 W 402 kWhRéfrigérateur : Frigo combi (250 DE 200 à 350 W 500 kWhlitres), label CVoiture électrique (données 10,000 W (à 100km/hrs) 2,000 kWh basée sur 8,000 kmADEME) par an)Enfin, les bornes de charge seront intelligentes. En effet, le gouvernement subventionne dans lapratique uniquement l’installation des bornes fabriquées par CoulombsTech et Ecotality2.Leurs modèles sont équipés d’une interface de connexion pour transmettre des données évoluées dutype internet. Cette capacité n’est pas exploitée aujourd’hui, mais il est prévu de l’utiliser pourapporter de nouveaux services à l’utilisateur et maîtriser la charge sur le réseau : pilotage de lacharge ou « demand response ».1 Par exemple, l’i5 Corridor project prévoit l’installation de stations de charge rapide le long de l’autoroute i52 Voir annexe : Les offres Coulombs et Ecotality - 18 -
  19. 19. Figure 3: Borne de charge level 2 domestique 3) Les attentes comportementalesLes performances de la mobilité électrique sont aujourd’hui très dépendantes du comportement deses utilisateurs. En effet, selon les usages des voitures et les stratégies de charge adoptées, l’impactsur le réseau peut être plus ou moins important. Nous analyserons par la suite quel est l’impact descomportements sur le système de mobilité. Néanmoins, le gouvernement américain, ainsi que lesconsultants, s’efforcent de prévoir le comportement des utilisateurs. Ci-dessous une synthèse desprévisions recueillie lors des interviews1 et des conférences [8]. Tableau 6 : Principales caractéristiques des utilisateurs américains de Véhicule Electrique [7] Véhicule électrique total Véhicule hybride électriqueNombre de véhicule en 2010 93,000 170,000Type de charge principale Level 2 Level 2Lieu de charge principal Maison Maison / BureauFréquence des charges 1 charge par jour 2 charges par jour1 Interviews des compagnies CoulombsTech, Ecotality - 19 -
  20. 20. Le véhicule électrique, proposition d’une méthode d’analyse:Afin de pouvoir appréhender les différentes propositions technologiques qui prolifèrent dans lemonde du véhicule électrique en Californie, nous avons développé une méthode d’analyse.L’objectif de cette méthode est de pouvoir arbitrer objectivement les différentes positions ou avissouvent contradictoires des leaders d’opinion du véhicule électrique. A. Les limites d’une analyse classique 1) Limites dans l’analyse des performances statiquesAujourd’hui, les analyses de perspectives de succès d’une technologie se contentent de comparer latechnologie à ses concurrentes selon une grille d’analyse détaillée. Cette méthode est vouée àapporter des réponses incomplètes et est sans grand intérêt pour un acteur à influence ou visionmacroscopique comme EDF. En effet, l’optimisation du véhicule électrique ne garantit en rienl’optimisation de la mobilité électrique. Imaginons un véhicule électrique très performant du pointde vue d’un utilisateur mais qui détériore totalement le réseau électrique et oblige l’électricien àutiliser des sources d’énergie très polluantes.En effet, le véhicule électrique est en fait une sous partie d’un système qui comprend toute lamobilité électrique. Pour être encore plus précis, il faudrait analyser cette mobilité électrique commeune sous partie du système de mobilité à faible émission de carbone, voir du système de mobilitégénéral. Cependant, la capacité d’influence d’EDF se limitant au monde de l’électricité, nousdéfinissons le cadre de notre travail au système de mobilité électrique.La création d’un système de mobilité électrique passe donc par la composition technologique d’unsystème global homogène dont chacune des sous parties est optimisée en fonction des autreséléments et non pas en fonction des technologies concurrentes exogènes.C’est pourquoi nous jugeons utile de proposer une alternative à l’analyse classique qui juge laperformance absolue des technologies, en utilisant une méthode d’analyse marginale de laperformance des technologies dans un système donné. 2) Limites dans l’analyse des performances dynamiquesIl est très surprenant de constater que les analystes du véhicule électrique se préoccupent si peu dela validité temporelle des innovations. En effet, le véhicule électrique comme la plupart des élémentsdu système de mobilité électrique sont des investissements à moyen ou long termes avec desprévisions de développement à grande échelle. Cela signifie que dans l’analyse des technologies, ilest nécessaire de prendre en compte de manière prospective la compatibilité avec l’augmentation dunombre d’utilisateurs et donc de la sollicitation du système. Cette sollicitation ne concerne passeulement les besoins en électricité, mais également les besoins en approvisionnement de matièrepremière. Ainsi l’introduction des éléments de logistique et de méthode de production nous sembleessentielle. - 20 -
  21. 21. B. Description des composants du système de mobilité électriquePour des raisons de simplification, nous avons reporté en annexe une description détaillée dusystème de mobilité électrique prenant notamment en compte les interfaces de communication. 1) Description du système  Le véhicule : Il rassemble un grand nombre de technologies afin d’offrir au consommateur une expérience de mobilité électrique satisfaisante. Les principaux éléments de cette expérience sont : o La batterie qui détermine l’autonomie sur la route et le temps de charge o Le chargeur qui détermine le temps de charge o Le système de bord qui apporte une intelligence au système. Nous verrons que cette intelligence est primordiale pour rehausser le confort d’utilisation du véhicule. Plus précisément, ce système assure une communication avec l’utilisateur et participe à la gestion de l’autonomie Figure 4 : Modélisation schématique dun véhicule électrique  La borne de charge : La borne de charge modifie entièrement la logistique d’utilisation du véhicule électrique en comparaison du véhicule essence. Au lieu d’aller une fois par semaine remplir son réservoir pendant quelques minutes dans une station à distance de son domicile, l’utilisateur de voiture électrique va remplir sa batterie d’électrons tous les jours pendant plusieurs heures dans un lieu de stationnement (domicile, parking, centre commercial). Les principaux éléments d’une borne de charge électrique sont : o Le débitmètre qui mesure l’énergie et permet de comptabiliser le transfert o Le système d’intelligence qui peut créer de l’information complexe à partir des informations de la charge et du réseau - 21 -
  22. 22. Figure 5 : Modélisation schématique dune borne de charge Le réseau électrique : Le réseau modifie entièrement la logistique d’approvisionnement de l’énergie nécessaire à la mobilité en comparaison du véhicule essence. Alors que l’approvisionnement d’une pompe à essence nécessite de distribuer de l’énergie sous forme physique (gasoil) de provenance souvent internationale à travers tout un territoire à l’aide de réseaux de transports multimodaux (bateaux, camion, station) qui reposent sur la gestion des stocks, le réseau électrique distribue des électrons à l’aide d’un réseau mono modal (câbles) en flux tendus. On se limitera à considérer : o Une unité de production qui génère de l’énergie électrique à travers le réseau o Un transformateur qui réceptionne l’énergie et le distribue à une zone géographique restreinte o Un compteur dit intelligent qui est le point d’entrée d’une zone géographique individuelle (la maison ou un immeuble par exemple) o Une interface de connexion électrique entre le compteur et la borne de charge - 22 -
  23. 23. Figure 6 : Représentation schématique du réseau électrique  Le réseau de données1 : Véritable nouvel acteur du système de mobilité, le réseau de données est le vecteur de l’intelligence global du système. Il participe au confort d’utilisation du véhicule et à la gestion du réseau électrique en permettant d’émettre essentiellement des prévisions sur le système de mobilité électrique. Par exemple, un utilisateur de véhicule électrique peut prévoir son temps de charge en fonction de son profil de consommation et d’utilisation du véhicule, un électricien peut prévoir sa charge d’utilisation à l’avance en sachant que le véhicule va arriver à son domicile. Pour les besoins de l’étude, on se limitera à considérer : o Un distributeur d’information : même si la réalité est beaucoup plus complexe, on se limite à représenter ce récepteur par un serveur central qui récupère les informations et peut les retransmettre à d’autres serveurs ou utilisateurs Figure 7 : Représentation schématique dun réseau de données1 Nous parlons ici de réseaux de données liés à l’approvisionnement du véhicule en énergie. Le véhicule estdepuis bien longtemps « connecté » au monde extérieur par l’intermédiaire du système de positionnement parsatellite par exemple. - 23 -
  24. 24. 2) Les types de flux  Les flux d’énergie : l’énergie, c’est le « carburant » de la voiture électrique. Elle peut être considérée comme de l’autonomie de fonctionnement transférée sous forme d’électricité dans certaines conditions de voltage et d’intensité  Les flux de données : ce sont les informations évoluées qui transitent grâce à des protocoles de communication complexes entre des interfaces variées (wifi, courant porteur en ligne, réseau 3G)Ci-dessous nous avons représenté tous les éléments du système de mobilité électrique : Figure 8 : Représentation schématique du système mobilité électrique 3) Analyse fonctionnelle des principaux élémentsCi-dessous on a représenté le résultat de l’analyse fonctionnelle des éléments du système Tableau 7 : Analyse fonctionnelle des principaux élèments du système de véhicule électriqueSecteur Partie Secteur Fonction Adjacent 1er niveauEV Batterie EV Stock les électronsEV Chargeur EV Transforme un flux délectron en un flux délectrons adapté à la batterie du VE en fonction de paramètres utilisateursEV Système de bord EV Système de planification de la demande utilisateur/ stock VEBC Système BC Système de planification de la demande/utilisation du d’intelligence BC réseau domestique/du stock VE - 24 -
  25. 25. EN Compteur EN Système de planification de la demande/utilisation du réseau électrique/domestiqueDN Distributeur EV, BC, EN Interface de transmission/connexion multimodale d’information 4) Configuration du systèmeLe seul choix des composants du système de mobilité électrique ne suffit pas à maîtriser lecomportement de ce système. Encore faut-il décrire dans quelle configuration seront organisés tousces éléments. Ainsi nous proposons d’ajouter une étape de personnalisation du système. Cette étapeprend notamment en compte les variations d’urbanisme dans lesquelles va s’inscrire le système demobilité. Ainsi une configuration est composée de trois paramètres :  L’utilisation du véhicule : il est très important de qualifier le ou les type(s) de véhicule électrique que l’on souhaite modéliser. En effet, les performances du système de mobilité électrique sont sensibles aux usages. Par exemple, une utilisation urbaine du véhicule pour se rendre à son lieu de travail (plusieurs trajets courts par jour) n’entraine pas les mêmes besoins qu’une utilisation de loisir du véhicule1 (un seul long trajet).  La distribution des bornes de charge: En fonction de l’organisation urbaine et des politiques nationales de déploiement, il est capital de décrire : o Le nombre de bornes de charge par véhicule électrique : cette métrique représente le nombre de bornes de charge installées par véhicule électrique mis sur le marché. Par exemple, si l’on vend une borne de charge par véhicule et que l’on en installe une supplémentaire sur la voie publique, le nombre de bornes de charge par véhicule est de 2. o La répartition entre les bornes sur la voie publique et les bornes privées : il est important de différencier un point de charge sur la voie publique d’un point de charge dans un lieu privé car les problématiques sont très différentes. Sur la voie publique, le point de charge peut être indisponible (risque statistique), il est plus coûteux à installer et nécessite un entretien différent. Cette répartition dépend en grande partie du type d’urbanisme dans lequel vont vivre les utilisateurs de véhicule électrique. Par exemple, si les utilisateurs vivent en banlieue dans des maisons avec garage, il est fort probable qu’ils achètent un chargeur privé au moment de l’achat du véhicule2. Enfin, certain gestionnaires de bornes de charge propose un1 Alors que l’on différencie très bien les catégories de voiture concernant les moteurs essences (le véhicule deloisir, le véhicule familial, le véhicule professionnel), nous entendons toujours parler de la voiture électrique.C’est un biais de compréhension très grave qui conduit à sous-évaluer les performances du véhicule électrique.2 C’est le schéma américain où l’utilisateur possède sa propre résidence avec garage. Aux USA, il y a doncconsensus sur le fait que pour chaque véhicule vendu, une station de charge sera installée sur le lieu dudomicile - 25 -
  26. 26. modèle de stations partagées. Il s’agit de stations installées dans des lieux privés mais où l’accès est public. C. Les enjeux d’un système de mobilité électrique, critères d’analyse 1) Définition des critères d’analysePour analyser correctement le système de mobilité électrique, il est important de ne pas s’intéresseraux caractéristiques isolées de chaque élément ou sous élément du système. Cette approchecomporte de nombreuses limites dont la plus évidente est classique des systèmes à plusieursvariables : l’optimisation de chacune des variables ne résulte pas nécessairement en l’optimisationde la totalité du système. Par exemple, une batterie de faible autonomie alliée à un système decharge très performant pourrait finalement offrir la même disponibilité pour le conducteur qu’unebatterie de très grande autonomie alliée à un système de charge très lent.Nous proposons donc des agrégats pertinents des caractéristiques isolées du système. Ce choix desagrégats est dirigé par une vision « orientée client» qui nous semble particulièrement adaptée àl’environnement commercial du système de mobilité électrique à la conquête de nouvelles cibles. Eneffet, la problématique principale des acteurs de la mobilité électrique est de convaincre lesutilisateurs de passer d’un système de mobilité traditionnel à un système de mobilité électrique. Ilest important de considérer que la mobilité électrique à grande échelle n’est pas le fruit d’unedemande initiale des utilisateurs finaux (les conducteurs de véhicule) mais la volonté des Etatsd’imposer un mode de transport à faible émission de CO2 (pour être précis, il faudrait dire à faibledépendance vis-à-vis des pays producteurs de pétrole). Ainsi, les acteurs doivent s’assurer à toutmoment que le système offre un confort suffisant aux utilisateurs.  Le confort utilisateur : Le confort correspond à la perception de la mobilité électrique par l’utilisateur final (le conducteur). Il englobe : o Le temps passé avec une autonomie inférieure à un seuil critique: après une longue réflexion en interne avec les équipes marketing et en externe avec les sociétés qui ont participé à des programmes pilotes, il apparait que la satisfaction de l’utilisateur peut être décrite ainsi : l’utilisateur possède une distance minimale qu’il souhaite pouvoir parcourir à tout instant, par exemple, pour aller jusqu’à une station de charge ou pour aller à l’hôpital en cas d’urgence. Le confort est donc en partie inversement proportionnel à la durée pendant laquelle le véhicule ne disposait pas de cette autonomie critique. o Le nombre de kilomètres disponibles : c’est le critère souvent évoqué dans les retours d’expérience des pilotes de mobilité électrique. Un utilisateur de véhicule électrique veut pouvoir utiliser son véhicule librement sans contraintes de chargement. Cet indicateur est donc la somme des kms chargés dans le véhicule au cours d’une période de temps. Par exemple, sur une journée de 0h00 à 23h59, le véhicule a chargé 100kms dans la nuit, puis 30kms dans la journée (après une utilisation pour un premier trajet), puis il a - 26 -
  27. 27. encore chargé 50kms dans la soirée (après une seconde utilisation dans l’après-midi). Le système a donc offert 100 + 30 + 50 = 180kms disponibles à son utilisateur. o Le coût de fonctionnement de la mobilité électrique : pour le déploiement à grande échelle du véhicule électrique, le véhicule doit être compétitif en termes de coût avec le véhicule essence. Il est important de signaler que la mobilité électrique bénéficie d’un très grand nombre de subventions aujourd’hui et que ce critère est impossible à quantifier en valeur absolue. Cependant, il reste possible d’estimer le gain économique relatif d’une technologie par rapport à une autre. La faisabilité d’implémentation du système : le système de mobilité électrique s’appuie sur des réseaux électriques et de données qui n’ont pas été dimensionnés pour l’accueillir. Par exemple, dans les conditions actuelles une voiture en charge représente l’équivalent d’une maison en terme de consommation. Il est difficilement pensable que le réseau électrique ait une capacité lui permettant d’accueillir à tout moment de la journée le double de sa demande habituelle. Ainsi le système de mobilité électrique doit s’adapter à ces contraintes exogènes pour permettre un développement rapide tel que suggéré par les autorités internationales et nationales. Cette faisabilité est définie par : o Le coût des modifications des réseaux existants : nous évaluons ainsi les investissements collatéraux nécessaires à l’installation et au bon fonctionnement de la nouvelle technologie. La polyvalence du système : par définition, un système de mobilité suggère assez simplement que ses utilisateurs puissent l’utiliser dans des zones géographiques étendues (sinon peut-on vraiment parler de mobilité ?). Il faut donc que les éléments puissent être compatibles dans les différentes zones géographiques nationales et internationales. Nous caractérisons cette polyvalence par : o L’étendue du périmètre géographique de validité du système : ainsi nous définissons 3 catégories : la technologie est compatible dans l’ensemble du territoire national de déploiement, dans les pays frontaliers au territoire de déploiement, dans le monde entier. o Le coût de l’adaptation à un autre système que le système actuel : ce coût inclut les coûts de modifications de la technologie et les coûts de modifications du réseau. La rentabilité du système : pour des raisons de crédibilité auprès des utilisateurs et de succès sur le long terme, le système doit apporter des améliorations objectives et - 27 -
  28. 28. universelles en terme de fonctionnement par rapport à la mobilité actuelle. Nous nous limiterons à considérer : o La diminution de la pollution : étant donné la très grande complexité de ce type de solution, nous nous référerons aux résultats des nombreuses analyses de cycle de vie réalisées dans ce domaine.  La pérennité du système: étant donné l’incertitude dans laquelle on se trouve aujourd’hui concernant l’évolution des usages de la mobilité, l’évolution des normes, etc., il est capital d’introduire un paramètre temporel dans l’évaluation des innovations et technologies. Considérons : o Le nombre des technologies actuelles ou en développement compatibles: parmi une liste recensant la plupart des technologies de recherches aujourd’hui, nous analysons la compatibilité probable de la technologie avec ces systèmes. o Le coût de désinstallation o La compatibilité industrielle avec un grand volume de production: beaucoup de technologies s’avèrent incompatibles avec un mode de production à grande échelle. En général les processus ne sont pas assez robustes pour franchir le cap de la production à grande échelle ou les matériaux s’avèrent indisponibles en grands volumes. o La pérennité de la chaîne logistique : ce critère nous conduit à analyser les matières premières impliquées dans le cycle de vie et leur pérennité pour un développement long terme ainsi que la facilité à les remplacer. o La compatibilité de la solution avec un large spectre utilisateur: le spectre de l’utilisation du véhicule est amené à évoluer au fil du temps. Par exemple, dans un premier temps, on prévoit que la mobilité électrique soit plutôt utilisée à titre professionnel (dans les flottes de véhicule) pour se rendre tous les jours sur son lieu de travail. Néanmoins, le spectre utilisateur est amené à évoluer au cours du temps et donc les solutions doivent être compatibles avec ces évolutions. 2) Présentation du modèle de simulation du critère de confortDans le cadre spécifique de cette étude, il a été utile de réaliser un outil de simulation des trajets quipermet de simuler les résultats du confort utilisateur pour une configuration donnée. En effet, lemanque de lisibilité des solutions technologiques qui nous ont été présentées a conduit audéveloppement de notre propre modèle d’impact des technologies sur le confort utilisateur.Le fonctionnement du modèleCet outil est une première étape élémentaire de modélisation. Il a été réalisé par une méthode decalcul pas à pas sur un logiciel tableur et l’utilisation de plusieurs lois statistiques afin d’intégrer « unpremier niveau de réalisme » sur les comportements des utilisateurs. - 28 -
  29. 29. Le fonctionnement schématique du modèle est représenté ci-dessous. Le lecteur désireux d’en savoirplus pourra se reporter à l’annexe F ou à la partie III de ce rapport. Figure 9 : Représentation schématique du fonctionnement du modèle de simulation de confortLe résultat du modèleA partir des informations entrées par l’analyste, l’outil génère une fiche confort qui va permettred’analyser la performance de la technologie par rapport aux critères de confort. Consultez ci-dessousun exemple d’une telle fiche confort.Cette fiche rassemble l’intégralité des résultats relatifs à la notation du confort d’unetechnologie dans une configuration et un système donné. Ci-dessous les résultats pour laconfiguration A par exemple. - 29 -
  30. 30. Figure 10: Exemple dune fiche de résultat simulation confort Charge Maison Oui Résultat Simulation confort : Configuration A Type Charge Maison Charge Bureau Privé Non Type Charge Bureau N/A Nombre de borne 1 par véhicule sur le Exemple d’un trajet type marché Résultat moyen après simulation de 10,000 trajet Kilomètres disponibles en fin de période (km) 190,0 Temps passé sous le range anxiety (h) 0,0 Coût de la charge en fin de journée (€) 12,6 Indice de Performance (Km Dispo/(Coût*(RA+1))) 15,1 Conclusion de l’évaluateur : Dans cette configuration, le système de référence remplit déjà entièrement sont rôle en terme de kilomètres disponibles et de temps passé sous le range anxiety. En revanche, la performance est dégradée par le coût de la charge qui est maximal (toute la charge est réalisée pendant le pic de consommation ).La fiche représente donc le trajet type d’un utilisateur, les performances confort du système demobilité associé à la configuration choisie, et enfin un espace pour que l’analyste puisse y inclure desremarques personnelles afin d’expliquer le phénomène. - 30 -
  31. 31. 3) Présentation du système de notation.A partir des critères d’analyse voici la création d’une grille de notation basée sur des éléments quantifiables. Le barème de notation des critères s’étend de 1à 5. Tableau 8 : Système de notation 1 2 3 4 5Taux de confort Temps passé avec une Augmentation de plus Augmentation de plus Inchangé Réduction d’au moins 5% Réduction d’au moins 15%Utilisateur autonomie en dessous de 15% de 5% du seuil critique Nombre de km Augmentation de plus Augmentation de plus Inchangé Réduction d’au moins 5% Réduction d’au moins 15% disponible de 15% de 5% Coût de fonctionnement Bcp plus coûteux Plus coûteux Neutre Moins coûteux Beaucoup moins coûteuxFaisabilité Coût modifications du Bcp plus coûteux Plus coûteux Neutre Moins coûteux Beaucoup moins coûteuxdimplémentation réseauPolyvalence du Etendue du périmètre Pose des problèmes Compatible localement Compatible dans le Compatible dans les pays Compatible mondialementsystème de validité de compatibilité territoire national frontaliers même locale Coût de ladaptation Très coûteux Peu coûteux Neutre Peu coûteux Insignifiant géographique de systèmeRentabilité Diminution de la Augmente Augmente le bilan Neutre Réduit le bilan carbone du Réduit considérablement le pollution considérablement le carbone du système système bilan carbone du système bilan carbone du système Compatibilité avec le Incompatible avec le Incompatible avec le Compatible avec le Compatible avec le spectre Compatible avec le spectre spectre utilisateur spectre de référence spectre de référence spectre utilisateur de référence élargi de référence très élargi très élargi élargi principal de référence Nombre des technos <15% 15-50% 50% 50-75% 75-100% actuelles compatibles Coût de désinstallation Très coûteux Peu coûteux Neutre Peu coûteux Insignifiant Compatibilité Incompatible pour une Processus non robuste Processus peu robuste Processus potentiellement Processus robuste pour un industrielle avec des distribution à grande pour un grand volume pour un grand volume robuste pour un grand grand volume de productionPérennité grands volumes échelle de production de production volume de production Pérennité de la chaine Indice très faible Indice faible Indice neutre Indice élevé Indice très élevé logistique - 31 -
  32. 32. D. Conclusion : Cartographie de l’impact des principaux composants 1) Analyse fonctionnelle croisée des principaux éléments du véhicule électrique L’analyse fonctionnelle des composants du système de mobilité permet d’attribuer un rôle à chaque élément. Il est alors facile de croiser ces renseignements avec les avis des experts afin de faire une analyse d’impact des composants. Ainsi on a pu déterminer les leviers d’actions pour agir sur les performances de la mobilité électrique. Ci-dessous, les résultats sont présentés dans un tableau. Tableau 9 : Analyse fonctionnelle des éléments du système véhicule électriqueSecteur Partie Adjacent 1er Fonction Taux de confort Rentabilité Faisabilité Polyvalence du Pérennité niveau Utilisateur dimplémentation systèmeEV Batterie EV Stock délectron X X XEV Chargeur EV Transforme un flux délectron X en un flux délectron adapté à la batterie du VE en fonction de paramètre utilisateurEV Système de EV Système de planification de la X X bord demande utilisateur/du stock VEBC Système BC Système de planification de la X X X d’intelligence demande/utilisation du réseau BC domestique/du stock VEEN Compteur EN Système de planification de la X X X demande/utilisation du réseau électrique/domestiqueDN Distributeur EV,BC,EN Interface de X X X X X d’information transmission/connexion multimodale - 32 -
  33. 33. 2) Conclusion : Cartographie de l’impact des principaux composants Figure 11: Cartographie de limpact des éléments Distributeur d’information Système d’intelligence BC Taux de confort Compteur Pérennité utilisateur Chargeur Batterie Système de bord Rentabilité Polyvalence du système Faisabilité d’implémentationEn conclusion, ce premier travail d’analyse et de synthèse du système de mobilité électrique apermis de tracer les zones d’influences des principaux éléments qui le composent. Des résultatspeuvent dès à présent être obtenus :  Le distributeur d’information, qui gère les flux de données est au cœur des performances de la mobilité électrique. En particulier parce que la gestion des données permet de réduire le dimensionnement des différents éléments du système à coût constant.  En deuxième position, en terme de couverture, la batterie est un élément clé du véhicule électrique. La batterie pose en outre de nombreuses questions quant à la pérennité des technologies. En effet, les batteries sont fabriquées à partir de commodités dont la volatilité des prix est très importante.  Le compteur, le système d’intelligence de la borne de charge et le système influent sur la rentabilité du système permettant également de réduire le dimensionnement du système avec une stratégie intelligente de fonctionnement. A la différence que le système de bord, étant par définition embarqué, ne pose pas les problèmes d’implémentation (sécurité de l’installation, coût, problème de gouvernance) soulevés par le déploiement des compteurs ou des bornes de charge.  Le chargeur embarqué dans la voiture, qui est au cœur des discussions entre les constructeurs automobiles, n’a finalement que peu d’impact sur le système global de mobilité. - 33 -
  34. 34. Ainsi cette étude permet d’ores et déjà d’orienter efficacement les recherches sur les éléments lesplus pertinents selon les requêtes et les objectifs de performance des équipes opérationnelles d’EDF. - 34 -
  35. 35. E. Conclusion sur la méthode d’analyseContrairement à des analyses isolées des performances de chacune des technologies, cette méthodese montre efficace pour analyser les contradictions et pour conduire une amélioration du système demobilité en minimisant le dimensionnement des infrastructures. En effet, considérer un systèmeglobal a principalement pour avantage d’extraire les synergies d’une technologie dans le système.Ainsi par un procédé itératif, on peut arriver à une combinaison système optimale.On s’aperçoit ainsi que le système de mobilité électrique présente une forte disparité des enjeuxselon le point de vue des observateurs. Certains éléments ont une envergure plutôt locale alors qued’autres éléments apparaissent comme constitutifs du bon fonctionnement du système de mobilitéélectrique (Batterie, Système d’intelligence des Bornes de Charge, Serveur de communication).L’interprétation des résultats peut conduire à considérer les couplages comme des niveaux derisque. Dans ce cas, on en déduit que la batterie est un élément très risqué pour l’établissementpérenne de la mobilité électrique. Ce résultat est d’ailleurs en ligne avec le très fort niveau desubventions gouvernementales dont bénéficie la batterie1.On s’est également intéressé à associer ces résultats avec une analyse économique desinvestissements nécessaires pour améliorer chacun de ces éléments. On peut ainsi interpréter cesrésultats sous la forme d’opportunité d’investissement stratégique. Il apparaît ainsi que lesinvestissements en technologie de l’information sont très rentables pour améliorer les performancesabsolues de la mobilité électrique. En effet, ces investissements sont faibles alors que l’impact sur laréduction du dimensionnement des équipements est très grand, ainsi que la maîtrise à long terme descomportements des utilisateurs.1 Référence faite principalement au financement de la société A123 qui a reçu pas loin de 1milliard de $ desubventions directes et encore plusieurs centaines de millions de $ en subventions indirectes. - 35 -
  36. 36. Application de la méthode au cas de la technologie Intelligence embarquée pour les bornes de chargesLa méthode d’audit du système de mobilité électrique étant maintenant établie, il est essentiel d’enreprésenter l’application sur un élément hautement stratégique : les infrastructures de charge. Cechoix est d’autant plus intéressant que le gouvernement américain a principalement choisi defavoriser une technologie de station dite intelligente, qui n’existe pas encore en France.Avant d’appliquer la méthode, une première étape va être de décrire la technologie de borneintelligente (Partie A). Puis une seconde étape va consister à appliquer la méthode d’évaluationprécédemment expliquée qui débute par l’étalonnage de notre système de référence (Partie B) et setermine par l’évaluation technique du confort et des attributs (Partie C). Enfin la conclusion porterasur la pertinence de cette technologie (Partie D).A l’heure actuelle, la plupart des pilotes de projet européens sont équipés de bornes de charge ditessimples. Ces bornes sont de simples prises de courant munies d’un système de branchement sécuriséet d’une interface de pilotage de la charge de la batterie de manière à optimiser sa durée de vie1. Figure 12: Photographie dune station de charge simpleAux Etats-Unis, la stratégie du gouvernement et du Department of Energy (DoE) a été de nesubventionner que des bornes dites intelligentes, notamment aux travers des deux programmes1 Dans le détail, la gestion de la charge de la batterie est embarquée dans le véhicule. Ce système est appeléaux USA Battery Management System. Néanmoins, il requiert quasiment systématiquement une interfacecompatible au niveau de la borne de charge. - 36 -
  37. 37. principaux évoqués précédemment (Chapitre E, paragraphe 2 en page 9) ChargePoint America et TheEV Project. Figure 13 : Photo dune station de charge intelligente avec système didentification intégréNous avons donc cherché à comprendre et évaluer la pertinence de l’utilisation de bornesintelligentes dans un système de mobilité électrique. A. Description de la technologie 1) Qu’est ce qu’une Borne de charge intelligente ?Afin de pouvoir répondre à la problématique évoquée ci-dessus, il faut commencer par chercher cequi se cachait sous cette dénomination commerciale de bornes intelligentes.En réalité, les bornes intelligentes sont avant tout des bornes communicantes. Elles sont muniesd’une interface de communication avancée permettant d’émettre de l’information complexe sur unréseau de type internet et d’automates programmables permettant un pilotage à distance. Anouveau, la mobilité électrique exige, pour être correctement comprise, d’avoir une visionmacroscopique du problème. On comprend dès lors que l’intelligence de la borne de charge dépendtout autant du matériel (carte de connexion, automate), que des applications logicielles quil’accompagnent afin de gérer la borne, que de l’organisation du réseau de données sur laquelle vacirculer l’information.Ainsi, une solution de borne de charge intelligente est la combinaison d’un matériel, d’un logiciel etd’une architecture des données.Laissons de côté le critère d’architecture des données. Tout d’abord, il dépasse le spectre decompétence de cette étude et on ne serait pas en mesure de décrire et d’évaluer les enjeux d’unearchitecture des données. Ensuite, dans la pratique, les fournisseurs offrent une grande flexibilité surcette architecture, ce qui, par conséquent, ne permet pas vraiment de différencier les solutions surce critère. - 37 -
  38. 38. 2) Quels sont les enjeux qualitatifs liés à l’intelligence de la borne ?Compte tenu des différentes rencontres commerciales avec les fabricants de bornes intelligentes etles décideurs publics qui ont choisi de favoriser ces équipements, voici les enjeux dépendants del’intelligence de la borne qui ont pu être établis :  Le système de communication permet: o La prévision de la production d’électricité en produisant de l’information sur la consommation du réseau en temps réel. o La visualisation à distance de la charge de la batterie du véhicule par l’utilisateur.  Le système de pilotage à distance permet: o Le contrôle sur l’état de la charge du réseau électrique local en déconnectant les bornes en cas de surcharge. o La gestion du coût de production de l’électricité pour l’énergéticien en déconnectant les bornes en cas de saturation de sa capacité de production. o La gestion des tournées de maintenance en pouvant effectuer les premiers contrôles à distance.  Le logiciel de gestion des bornes permet: o Le contrôle sur l’accès aux bornes permettant un système de réservation o L’implémentation d’une offre de services aux utilisateurs : système communautaire, message d’alerte, publicité o L’implémentation d’un système de facturation pour les utilisateurs.Cependant, l’installation d’un système de communication dans les bornes n’est pas triviale. Celasuppose :  Des coûts supplémentaires dus: o Au module de communication dans chaque borne o A l’interface homme machine évoluée (écran) nécessaire dans ce cas o A l’automate dans la borne o A la gestion du réseau de communication  Une gestion accrue de la sécurité: o Risque industriel : augmentation de la complexité des bornes o Risque informatique : piratage, vols, … o Risque juridique : collecte d’information, gestion de la vie privée … - 38 -
  39. 39. Figure 14 : Rappel impact de lintelligence de la borne de charge sur le système de mobilité électrique Distributeur d’information Système d’intelligence BC Compteur Pérennité Taux de Confort utilisateur Chargeur Batterie Système de bord Rentabilité Polyvalence du système Faisabilité d’implémentation B. Etalonnage du Système de référence 1) Description des principaux élémentsLe système de référence de mobilité électrique choisi pour évaluer l’impact de cette technologie aété défini pour répondre aux besoins d’un énergéticien. Nous avons préconisé un système simplecorrespondant à une vision probable de ce que sera la mobilité électrique dans une grande villefrançaise d’ici 1 à 2 ans basée sur la maturité des technologies actuelles :  Le véhicule : véhicule électrique basique de type Citroën C0. La batterie est de technologie lithium-Ion [9] et possède une autonomie de 100km1. Le chargeur est simple et garantit uniquement la durée de vie de la batterie. Le système de bord n’est pas communicant et se résume à un écran de bord fournissant des informations au conducteur du type « Temps de charge » et « kilométrage restant ».  La borne de charge : la borne de charge est simple. Elle ne communique pas, et identifie simplement les voitures par un système de carte à puce. C’est un chargeur de level 2 (6h pour charger 100kms d’autonomie).  Le réseau électrique : le réseau électrique au niveau national est capable d’absorber sans risque la recharge du parc de véhicules car le parc est limité. Au niveau local, il peut y avoir des problèmes si plusieurs véhicules se chargent en même temps. La présence de compteurs intelligents n’a pas d’impact sur le véhicule électrique. Le réseau possède deux tarifs de facturation de l’énergie, pendant les heures de pointe et hors des heures de pointe.1 Dans le cas précis de la C0, le constructeur annonce une autonomie de 130km. - 39 -
  40. 40.  Le réseau de données : le réseau de données est uniquement de type wifi, ou filaire de type ADSL. Les réseaux de type téléphonie mobile 3G et Courant Porteur en Ligne (CPL) ne sont pas utilisés. Comme indiqué précédemment nous ne rentrons pas dans les détails de l’architecture des données (Point de connexion au serveur de l’énergéticien (NOC point), …). Figure 15 : Récapitulatif du système de mobilité électrique de référence • Possibilité de charger à la • Capacité de production maison ou au bureau selon nationale largement capable les scénarii sur des bornes d’absorber la charge du parc publiques ou privées automobile • Possibilité de surcharge locale si accumulation du nombre de voiture Système de mobilité • Interface de électrique de communication wifi ou adsl référence • 1 seul trajet 5 fois par semaine pour aller au travail • Je charge le plus possible lorsque je branche ma voiture sur une borne • Je veux que ma voiture puisse me permettre d’effectuer 20km à tout • Chargeur Level 2 : 6hrs pour moment charger 100km • Batterie : 100km d’autonomie • Aucune intelligence 2) Choix des configurationsAu moment de l’écriture de ce rapport, le futur du véhicule électrique reste trop incertain pourdéfinir un unique système de référence. On a donc choisi de travailler sur 4 configurations et demettre en parallèle les résultats. Ces 4 configurations ont en commun l’usage du véhicule électriqueet se différencient par la distribution des bornes de charge.  Usage du véhicule: l’usage du véhicule est urbain et permet de se rendre à son lieu de travail et éventuellement d’effectuer quelques courses sur le chemin du retour. Plus précisément, l’utilisateur parcours 2 fois 30kms par jour où chaque trajet suit une loi de probabilité normale1. La stratégie de charge de l’utilisateur consiste à vouloir charger le plus possible lors d’un arrêt. Le seuil critique utilisé dans le critère de confort utilisateur est fixé à 20kms d’autonomie.1 Voire Annexe sur le traitement statistique de la simulation - 40 -

×