En 2023, les véhicules électriques représentent environ 15% des ventes mondiales de véhicules neufs, marquant une progression significative et continue face aux traditionnels moteurs à combustion interne. L'industrie automobile, un secteur clé de l'économie mondiale, est en pleine transformation, fortement influencée par la prise de conscience environnementale grandissante et l'introduction de réglementations de plus en plus strictes concernant les émissions polluantes des véhicules. Cette évolution profonde soulève une question fondamentale pour les constructeurs, les consommateurs et les décideurs politiques : le moteur à énergie thermique, pilier de l'industrie automobile depuis plus d'un siècle, est-il voué à une disparition inéluctable face à la montée en puissance des véhicules électriques, souvent perçus comme une alternative plus propre et durable ?
Nous explorerons en profondeur ses forces et ses faiblesses intrinsèques, en comparant ses performances, son coût et son impact environnemental à ceux des véhicules électriques. Nous examinerons également les innovations technologiques en cours, visant à réduire l'impact environnemental des moteurs thermiques et à améliorer leur efficacité énergétique. Enfin, nous identifierons les niches spécifiques où le moteur à combustion interne pourrait continuer à jouer un rôle significatif dans les années à venir, en tenant compte des enjeux économiques, technologiques et environnementaux qui façonneront l'avenir du secteur automobile et du transport durable.
Forces et faiblesses : le match des technologies
Afin de comprendre de manière approfondie les perspectives d'avenir des moteurs thermiques, il est essentiel de procéder à une analyse comparative rigoureuse de leurs atouts et de leurs limitations par rapport aux véhicules électriques (VE). Cette évaluation comparative permettra d'identifier avec précision les domaines où les moteurs à combustion interne conservent un avantage concurrentiel significatif, ainsi que les défis majeurs auxquels ils sont confrontés dans le contexte actuel de transition vers une mobilité plus durable. Cette analyse inclura des aspects tels que l'autonomie, le coût, la performance, l'impact environnemental et l'infrastructure de ravitaillement/recharge.
Moteur à énergie thermique : les atouts persistants
Malgré l'essor rapide des véhicules électriques, les moteurs à énergie thermique, qu'ils soient essence ou diesel, conservent un certain nombre d'avantages importants qui continuent de jouer un rôle significatif dans les choix des consommateurs et dans l'organisation du secteur des transports. Ces atouts, qui se manifestent notamment en termes d'autonomie, de coût initial, de polyvalence et de facilité d'utilisation, méritent d'être examinés attentivement.
- Autonomie et ravitaillement : L'autonomie moyenne d'un véhicule thermique reste généralement supérieure à celle d'un véhicule électrique de prix comparable, en particulier pour les longs trajets. Remplir un réservoir d'essence ou de diesel ne prend que quelques minutes, contre des temps de recharge souvent beaucoup plus longs pour les véhicules électriques, même avec les bornes de recharge rapide.
- Coût initial et infrastructure : Les véhicules thermiques, en particulier les modèles d'entrée de gamme, sont souvent plus abordables à l'achat que les véhicules électriques. De plus, l'infrastructure de ravitaillement en carburant (stations-service) est extrêmement dense et bien établie dans la plupart des régions du monde, offrant une grande commodité aux conducteurs.
- Polyvalence et usage intensif : Les moteurs thermiques sont capables de supporter un usage intensif, tel que les longues distances ou le transport de charges lourdes, sans perte significative de performance, ce qui peut être un avantage important pour certains professionnels et pour certains types d'applications. Les véhicules électriques peuvent voir leur autonomie diminuer plus rapidement dans ces conditions.
- Connaissance et maintenance : L'expertise en matière de maintenance des moteurs thermiques est largement répandue dans le monde entier, ce qui facilite les réparations et les interventions d'entretien, et peut réduire les coûts à long terme pour les propriétaires de véhicules. Le réseau de garages et de mécaniciens compétents est beaucoup plus étendu que pour les véhicules électriques.
- Choix de modèles : L'offre de véhicules avec moteurs thermiques est beaucoup plus vaste et variée que celle des véhicules électriques, ce qui permet aux consommateurs de trouver plus facilement un modèle qui correspond à leurs besoins et à leur budget.
En moyenne, un véhicule thermique peut parcourir environ 700 km avec un plein de carburant, tandis qu'un véhicule électrique comparable, dans les mêmes conditions de conduite, plafonne souvent à environ 450 km. De plus, le prix moyen d'un véhicule thermique neuf en 2023 en France se situe autour de 25 000 euros, contre environ 35 000 euros pour un véhicule électrique équivalent, soit une différence de prix significative de 10 000 euros. Le coût d'une batterie de remplacement pour un véhicule électrique peut atteindre 8 000 euros, ce qui constitue une dépense importante à prendre en compte.
Moteur à énergie thermique : les points faibles incontournables
Malgré leurs avantages, les moteurs thermiques sont confrontés à des défis majeurs en raison de leur impact environnemental, qui constitue une préoccupation croissante pour les gouvernements et les citoyens du monde entier. Les émissions de gaz à effet de serre (GES) et de polluants atmosphériques, telles que les oxydes d'azote (NOx) et les particules fines, contribuent au réchauffement climatique, à la pollution de l'air et à des problèmes de santé publique. Ces préoccupations environnementales incitent les gouvernements à adopter des réglementations de plus en plus strictes pour limiter les émissions des véhicules et encourager l'adoption de technologies plus propres.
- Émissions et impact environnemental : Les moteurs thermiques, en particulier les moteurs diesel, émettent du dioxyde de carbone (CO2), un gaz à effet de serre majeur, ainsi que des oxydes d'azote (NOx) et des particules fines (PM2.5 et PM10), qui contribuent à la pollution de l'air et à des problèmes respiratoires.
- Dépendance aux énergies fossiles : Les moteurs thermiques dépendent fortement des ressources pétrolières, une source d'énergie non renouvelable et dont l'extraction, le transport et le raffinage peuvent avoir des impacts environnementaux significatifs. Cette dépendance aux énergies fossiles pose également des problèmes de sécurité énergétique et de volatilité des prix du pétrole.
- Rendement énergétique limité : Le rendement énergétique des moteurs thermiques est relativement faible, ce qui signifie qu'une grande partie de l'énergie contenue dans le carburant est perdue sous forme de chaleur. Un moteur essence typique convertit seulement environ 35% de l'énergie du carburant en mouvement, le reste étant dissipé en chaleur.
- Complexité mécanique et coûts d'entretien : Les moteurs thermiques sont des systèmes mécaniques complexes, composés de nombreuses pièces en mouvement, ce qui augmente le risque de pannes et les coûts d'entretien à long terme pour les propriétaires de véhicules. Les interventions de maintenance sont souvent plus fréquentes et plus coûteuses que pour les véhicules électriques.
La combustion d'un litre d'essence produit environ 2,3 kilogrammes de CO2, contribuant ainsi au réchauffement climatique. Les normes Euro 7, qui devraient entrer en vigueur dans les prochaines années, visent à réduire considérablement les émissions d'oxydes d'azote (NOx) des véhicules thermiques, imposant des contraintes technologiques importantes aux constructeurs automobiles. En 2022, le secteur des transports représentait environ 25% des émissions totales de gaz à effet de serre dans l'Union Européenne.
Véhicule électrique : ses promesses et ses limites
Les véhicules électriques (VE), souvent présentés comme une alternative plus propre et durable aux véhicules thermiques, offrent des avantages significatifs en termes d'émissions à l'échappement et de silence de fonctionnement. Cependant, il est important de noter qu'ils présentent également des limitations en matière d'autonomie, de temps de recharge, de coût initial et d'impact environnemental lié à la fabrication des batteries.
- Forces : Zéro émission à l'échappement (en fonctionnement), silence de fonctionnement, couple instantané offrant une accélération vive, coûts d'exploitation potentiellement inférieurs (si l'électricité est produite à partir de sources renouvelables), incitations fiscales dans de nombreux pays.
- Faiblesses : Autonomie limitée, temps de recharge relativement longs, coût initial d'achat élevé, impact environnemental lié à la fabrication des batteries (extraction des métaux rares, consommation d'énergie), dépendance aux métaux rares (lithium, cobalt, nickel), infrastructure de recharge encore en développement dans certaines régions.
La fabrication d'une batterie de véhicule électrique nécessite l'extraction et le traitement de métaux rares tels que le lithium, le cobalt et le nickel, dont l'extraction peut avoir des impacts environnementaux et sociaux significatifs. Le coût moyen d'une batterie de VE représente environ 30% du prix total du véhicule, ce qui contribue à son prix d'achat élevé. En France, le bonus écologique pour l'achat d'un véhicule électrique neuf s'élève à 5 000 euros en 2023.
Innovations : vers des moteurs thermiques plus verts ?
Pour assurer leur avenir dans un contexte de transition énergétique, les moteurs thermiques doivent évoluer et devenir plus respectueux de l'environnement. L'innovation joue un rôle crucial dans cette transformation, avec des progrès significatifs en cours dans l'amélioration de l'efficacité énergétique, la réduction des émissions polluantes et l'utilisation de carburants alternatifs. Ces innovations pourraient permettre aux moteurs à combustion interne de rester compétitifs et de contribuer à la réduction des émissions de gaz à effet de serre dans le secteur des transports.
Amélioration de l'efficacité et réduction des émissions
L'amélioration de l'efficacité des moteurs thermiques et la réduction de leurs émissions de polluants sont des axes de recherche prioritaires pour les constructeurs automobiles et les équipementiers. Des technologies avancées, telles que l'injection directe de carburant, la suralimentation par turbocompresseur, la distribution variable des soupapes et les systèmes de dépollution sophistiqués, contribuent à rendre ces moteurs plus propres, plus performants et moins gourmands en carburant.
- Moteurs plus efficaces : Injection directe (améliore la combustion et réduit les émissions), turbocompresseur (augmente la puissance et le couple), distribution variable (optimise le fonctionnement du moteur à différents régimes), compression variable (adapte le taux de compression en fonction des conditions de conduite, ex: moteur Infiniti VC-Turbo).
- Systèmes de dépollution avancés : Catalyseurs trois voies (réduisent les émissions de CO, NOx et HC), filtres à particules (FAP) (capturent les particules fines émises par les moteurs diesel), systèmes de réduction catalytique sélective (SCR) (réduisent les émissions de NOx en utilisant de l'AdBlue).
- Allègement des véhicules : Utilisation de matériaux composites (fibre de carbone, polymères renforcés) et d'aluminium (plus léger que l'acier) pour réduire le poids des véhicules et améliorer leur efficacité énergétique.
L'injection directe de carburant permet d'améliorer le rendement d'un moteur essence d'environ 15%, ce qui se traduit par une réduction de la consommation de carburant et des émissions de CO2. Les filtres à particules (FAP) sont capables de retenir plus de 99% des particules fines émises par les moteurs diesel, contribuant ainsi à améliorer la qualité de l'air. L'utilisation d'aluminium dans la carrosserie d'un véhicule peut réduire son poids de 10 à 15%, ce qui se traduit par une baisse de la consommation de carburant d'environ 5%.
Biocarburants et carburants synthétiques : une alternative aux énergies fossiles ?
Les biocarburants et les carburants synthétiques représentent une alternative prometteuse aux énergies fossiles traditionnelles pour alimenter les moteurs thermiques. Ces carburants, produits à partir de sources renouvelables ou de CO2 capturé, offrent le potentiel de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre (GES) associées au transport et de contribuer à la transition vers une économie plus durable.
- Biocarburants de première, deuxième et troisième génération : Différence entre ces générations (source de biomasse utilisée, impact environnemental lié à la production). Les biocarburants de première génération sont produits à partir de cultures alimentaires (maïs, blé, betterave), tandis que les biocarburants de deuxième génération sont fabriqués à partir de déchets agricoles et forestiers (paille, bois, résidus de récolte). Les biocarburants de troisième génération sont issus d'algues.
- Carburants synthétiques (e-fuels) : Processus de fabrication des e-fuels à partir de CO2 capturé dans l'air ou dans les effluents industriels et d'hydrogène produit par électrolyse de l'eau (en utilisant de l'énergie renouvelable). Les e-fuels sont compatibles avec les moteurs thermiques existants et peuvent contribuer à la décarbonation du parc automobile existant.
- Hydrogène : Combustion directe ou Pile à Combustible ? L'hydrogène peut être utilisé comme carburant de deux manières : soit en étant brûlé directement dans un moteur à combustion interne (solution moins efficace), soit en alimentant une pile à combustible (solution plus efficace mais plus coûteuse) pour produire de l'électricité et alimenter un moteur électrique.
Les biocarburants de deuxième génération, produits à partir de déchets agricoles et forestiers, évitent la compétition avec l'agriculture alimentaire et peuvent réduire les émissions de GES de 80 à 90% par rapport à l'essence fossile. Les carburants synthétiques (e-fuels) peuvent potentiellement atteindre la neutralité carbone si l'énergie utilisée pour leur production est entièrement renouvelable, mais leur coût de production est encore élevé. En 2023, le prix de l'e-fuel est estimé à environ 3 euros par litre.
Hybridation : le meilleur des deux mondes ?
L'hybridation, qui combine un moteur thermique et un moteur électrique, offre une solution intéressante pour améliorer l'efficacité énergétique et réduire les émissions polluantes des véhicules. Il existe différents niveaux d'hybridation, allant de l'hybridation légère (mild hybrid) à l'hybridation rechargeable (plug-in hybrid), chacun présentant des avantages et des inconvénients spécifiques en termes de performances, d'autonomie et de coût.
- Hybridation légère (MHEV) : Rôle du système MHEV (Mild Hybrid Electric Vehicle) en 48V dans la récupération d'énergie au freinage (pour recharger une petite batterie), l'assistance au démarrage du moteur thermique (pour réduire la consommation) et la coupure du moteur thermique à l'arrêt (start-stop).
- Hybridation complète (HEV) et Hybridation rechargeable (PHEV) : Fonctionnement des systèmes HEV (Hybrid Electric Vehicle) et PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), qui combinent un moteur thermique et un moteur électrique de plus grande puissance, permettant de rouler en mode électrique sur de courtes distances (PHEV) et d'améliorer l'efficacité énergétique globale du véhicule.
- Transmission : Les boîtes de vitesses à variation continue (CVT) sont souvent utilisées dans les véhicules hybrides pour optimiser le fonctionnement du moteur thermique et améliorer l'efficacité énergétique.
Un système d'hybridation légère (MHEV) peut réduire la consommation de carburant d'environ 10 à 15% par rapport à un véhicule thermique traditionnel. Les véhicules hybrides rechargeables (PHEV) offrent une autonomie électrique limitée (généralement de 40 à 60 km) mais permettent de rouler en mode zéro émission sur de courtes distances, ce qui est idéal pour les trajets urbains. En France, le gouvernement encourage l'achat de véhicules hybrides rechargeables en offrant un bonus écologique et des avantages fiscaux.
Niches et perspectives d'avenir : où le thermique peut-il encore briller ?
Même face à la progression rapide des véhicules électriques, les moteurs thermiques pourraient conserver un rôle significatif dans certains secteurs spécifiques où leurs caractéristiques et leurs avantages sont particulièrement adaptés aux besoins et aux contraintes de ces activités. L'innovation, les besoins particuliers de certains usages et les considérations économiques pourraient favoriser le maintien des moteurs à combustion interne dans des niches bien définies, au moins à moyen terme.
Secteurs spécifiques
Certains secteurs d'activité, en raison de leurs besoins spécifiques en matière d'autonomie, de puissance, de capacité de charge et de coût, pourraient continuer à privilégier les moteurs thermiques dans les années à venir. Ces secteurs incluent notamment le transport de marchandises, l'agriculture, l'industrie et certains types de véhicules utilitaires.
- Véhicules utilitaires lourds et transport de marchandises : Justification de l'intérêt du thermique (notamment du diesel) pour les camions, les bus, les autocars, les engins de chantier et les véhicules de transport de marchandises sur de longues distances. Les besoins en autonomie, en puissance et en capacité de charge de ces véhicules sont souvent difficiles à satisfaire avec les technologies électriques actuelles.
- Domaines agricoles et industriels : Utilisation des moteurs thermiques dans les tracteurs agricoles, les machines agricoles, les engins de construction, les groupes électrogènes et les pompes à eau. Ces équipements nécessitent souvent une grande puissance, une autonomie importante et une robustesse à toute épreuve, ce qui favorise l'utilisation de moteurs thermiques.
- Sports mécaniques : La passion pour les moteurs thermiques dans les sports automobiles (Formule 1, rallye, endurance) et les sports nautiques (motonautisme). L'histoire, la sonorité et les performances des moteurs à combustion interne sont des éléments importants de l'attrait de ces disciplines. L'utilisation de carburants synthétiques pourrait permettre de décarboner ces sports.
- Véhicules militaires et de secours : Les véhicules militaires, les ambulances et les véhicules de pompiers nécessitent une grande autonomie, une fiabilité à toute épreuve et une capacité à fonctionner dans des conditions extrêmes, ce qui peut justifier l'utilisation de moteurs thermiques.
- Zones géographiques spécifiques : Régions du monde où l'infrastructure de recharge pour les véhicules électriques est encore limitée ou inexistante, ce qui rend l'utilisation de véhicules thermiques plus pratique et plus fiable.
Un camion de transport de marchandises peut parcourir jusqu'à 1500 km par jour, transportant des charges importantes sur de longues distances, une performance difficilement réalisable avec un véhicule électrique actuel sans des temps de recharge très longs. De nombreux engins agricoles et industriels nécessitent une puissance importante et une grande autonomie, rendant l'électrification complexe et coûteuse. En 2022, le parc automobile français comptait environ 600 000 tracteurs agricoles, dont la grande majorité sont équipés de moteurs diesel.
Rôle de l'innovation
L'avenir des moteurs thermiques dépendra en grande partie des progrès technologiques qui seront réalisés dans le domaine des carburants alternatifs, de l'amélioration de l'efficacité énergétique et de la réduction des émissions polluantes. Les investissements dans la recherche et le développement seront cruciaux pour assurer la compétitivité et la durabilité des moteurs à combustion interne dans un contexte de transition énergétique. Le développement de carburants neutres en carbone, comme les e-fuels, pourrait être une solution pour prolonger la durée de vie des moteurs thermiques.
- Recherche sur les carburants alternatifs : Développement de biocarburants avancés, de carburants synthétiques (e-fuels) et d'hydrogène comme carburants pour les moteurs thermiques.
- Amélioration de l'efficacité énergétique : Optimisation de la combustion, réduction des frottements internes, récupération de chaleur, utilisation de matériaux légers.
- Réduction des émissions polluantes : Développement de systèmes de dépollution plus efficaces, utilisation de catalyseurs performants, réduction des émissions de particules fines.
L'Union Européenne a investi des milliards d'euros dans la recherche sur les carburants alternatifs, reconnaissant leur potentiel pour décarboner le secteur des transports et atteindre les objectifs climatiques de l'UE. Les progrès dans la capture et l'utilisation du CO2 pourraient permettre de produire des carburants synthétiques à faible impact environnemental, en utilisant de l'énergie renouvelable. Le projet "Power-to-Liquid" vise à produire des carburants synthétiques à partir de CO2 capturé et d'hydrogène renouvelable.
Scénarios futurs
L'avenir des moteurs thermiques est incertain et dépendra de nombreux facteurs, tels que les politiques énergétiques mises en place par les gouvernements, les réglementations environnementales de plus en plus strictes, les progrès technologiques réalisés dans le domaine des carburants alternatifs et des batteries, et les choix des consommateurs en matière de mobilité. Différents scénarios sont possibles, allant de la disparition progressive des moteurs thermiques à la coexistence avec les véhicules électriques dans certaines niches bien définies.
- Disparition progressive : Les interdictions de vente de véhicules thermiques, déjà annoncées dans certains pays et régions, pourraient accélérer la transition vers l'électrification et entraîner une diminution progressive de la part de marché des moteurs thermiques.
- Coexistence avec les VE : Les moteurs thermiques pourraient conserver un rôle significatif dans certains secteurs spécifiques (transport de marchandises, agriculture, industrie, véhicules utilitaires) et dans certaines régions du monde où l'infrastructure de recharge pour les véhicules électriques est limitée.
- Rôle majeur grâce aux carburants synthétiques : Le développement et la production à grande échelle de carburants synthétiques (e-fuels) pourraient permettre aux moteurs thermiques de continuer à jouer un rôle important dans le secteur des transports, en réduisant considérablement leurs émissions de gaz à effet de serre.
Les interdictions de vente de véhicules thermiques neufs, déjà annoncées dans certains pays européens à partir de 2035, pourraient accélérer la transition vers l'électrification du parc automobile. Cependant, la disponibilité et le coût des carburants alternatifs, ainsi que l'évolution des technologies de batteries, pourraient influencer la trajectoire à long terme des moteurs thermiques et leur rôle dans le futur du transport.
Les moteurs à énergie thermique se trouvent à un tournant crucial de leur longue histoire. Bien que les véhicules électriques gagnent rapidement du terrain sur le marché automobile et que les préoccupations environnementales s'intensifient à l'échelle mondiale, les moteurs thermiques conservent des atouts indéniables et bénéficient de progrès technologiques continus. Leurs performances, leur coût généralement plus maîtrisé et la simplicité du ravitaillement en carburant sont autant d'arguments qui plaident en leur faveur, au moins à court et moyen terme. Cependant, le défi écologique est majeur et les efforts pour réduire les émissions polluantes et améliorer le rendement énergétique des moteurs à combustion interne doivent se poursuivre sans relâche.
Dans un contexte de transition énergétique en constante évolution, l'avenir des moteurs thermiques reste incertain et dépendra d'un ensemble de facteurs complexes. Leur capacité à s'adapter et à intégrer des solutions innovantes, telles que l'hybridation et l'utilisation de carburants alternatifs, déterminera leur rôle dans le paysage automobile de demain et leur contribution à la construction d'un avenir plus durable pour le secteur des transports.