En route vers l'avant avec les véhicules utilitaires électriques

Par le Dr Walter Rentzsch, Giovanni Schelfi et le Dr Wilfried Aulbur

La nécessité de lutter contre les émissions de gaz à effet de serre (GES) est réelle, tout comme celle de limiter l'impact négatif de la hausse des températures sur notre planète et nos économies. Le secteur des transports contribue à hauteur de 29 % aux émissions de GES aux États-Unis. Les véhicules moyens et lourds représentent 23 % du secteur des transports, et les acteurs du secteur des véhicules utilitaires comprennent qu'ils doivent contribuer à la décarbonisation de leur secteur.

(Photo : Chad Elmore)

La technologie des véhicules électriques progresse régulièrement, avec la baisse du prix des batteries, l'arrivée sur le marché de plateformes dédiées et l'amélioration des performances globales des véhicules en termes d'autonomie. Ces avancées se sont produites dans un laps de temps relativement court. Si le développement du moteur diesel remonte à environ 130 ans, l'intérêt de l'industrie pour les batteries et les véhicules électriques à batterie à grande échelle remonte à moins de 10 ans.

Cependant, à mesure que la voie à suivre pour les véhicules du secteur des véhicules commerciaux devient plus claire, des défis de deuxième et troisième ordre apparaissent.

Les prix d'achat restent prohibitifs par rapport aux véhicules diesel, ce qui impacte négativement les cas d'utilisation présentant un coût total de possession positif. Les restrictions opérationnelles limitent le nombre d'itinéraires actuellement disponibles pour les véhicules ou nécessitent davantage de véhicules électriques que de véhicules diesel pour transporter les charges du point A au point B. De plus, les temps de charge restent longs, ce qui réduit la productivité des actifs et remet en cause les modèles de rémunération des conducteurs existants.

Adapter les stratégies opérationnelles

Les modèles d'exploitation des flottes doivent être adaptés et de nouvelles capacités sont requises. Les contraintes d'infrastructure, telles que la disponibilité des places de stationnement, limitent les options d'électrification. Les besoins financiers, tant pour les véhicules que pour les infrastructures, sont importants et pèsent sur le bilan des flottes, en particulier celles qui comptent moins de véhicules. Collaborer avec les services publics est complexe et les délais d'installation des infrastructures dépassent largement les délais habituels du secteur pour l'acquisition d'actifs.

Ces défis, combinés au débat critique actuel sur les véhicules électriques, engendrent une perception accrue du risque technologique, alors que les flottes envisagent de passer du diesel à la propulsion électrique. D'une certaine manière, de nombreuses flottes se sentent prises entre le marteau et l'enclume, entre des technologies et des modèles économiques encore en phase de maturation d'un côté et la pression réglementaire et de l'opinion publique de l'autre.

En particulier, l’accent des discussions sur les flottes s’est déplacé (ou du moins diminué) de la disponibilité des véhicules vers la disponibilité des infrastructures et du réseau électrique.

Pour mieux comprendre cette situation et, espérons-le, en tirer des implications et des informations pertinentes, nous avons décidé de modéliser le cas d’une électrification à 100 % de la flotte de véhicules commerciaux américains de classe 3 à classe 8.

L'objectif de notre étude était de déterminer l'investissement total nécessaire au développement des infrastructures de recharge des véhicules, du réseau de distribution d'électricité et des infrastructures de production et de transport d'électricité nécessaires à la pénétration à 100 % des véhicules électriques à batterie (VEB) dans le parc de véhicules utilitaires moyens et lourds. Il est important de préciser que cette analyse ne constitue pas une projection de l'évolution de la pénétration des VEB au fil du temps, mais une tentative de déterminer l'effort d'investissement nécessaire à la transition du carburant vers l'électronique, sur la base d'hypothèses prudentes et raisonnables.

Trois emplacements de recharge

Notre modèle distingue trois types fondamentaux de lieux de recharge : la recharge sur site, la recharge locale en cours de route et la recharge sur autoroute en cours de route pour les véhicules longue distance.

La recharge sur site couvre les bornes de recharge privées sur les sites appartenant à la flotte, ainsi que les bornes de recharge partagées dédiées aux clients de la flotte. La recharge locale en route est pertinente pour les applications locales à kilométrage élevé et offre un accès public aux bornes de recharge rapide en courant continu (DCFC), contrairement à une combinaison de bornes de recharge de niveaux 2 et 3 et, dans certains cas, de DCFC pour la recharge sur site. La recharge sur autoroute en route est assurée par des bornes DCFC ainsi que des bornes de niveaux 2 et 3 pour la recharge de nuit des camions stationnés.

Pour la simulation du réseau de recharge local, nous avons exploité les données télématiques de la flotte de la National Renewable Energy Library (NREL) afin d'identifier le fonctionnement des véhicules de classe 3 à 8 en journée (hors longue distance). La répartition kilométrique et le cycle d'utilisation ont déterminé la répartition des besoins de recharge entre les recharges de nuit au dépôt et les recharges d'appoint en cours de route. À partir de ces informations, nous avons déterminé l'infrastructure de recharge à installer aux dépôts et sur les itinéraires. Des courbes de charge moyennes agrégées par classe de véhicule ont été établies. Combinées à la répartition régionale des véhicules par catégorie de poids, elles nous permettent de simuler les installations de recharge et les courbes de charge à l'échelle du comté.

Pour les véhicules longue distance, nous avons analysé la répartition actuelle des stations de ravitaillement sur les autoroutes, déterminé le nombre de véhicules longue distance devant se recharger à chaque point en fonction du trafic de camions spécifique à chaque itinéraire et distingué les besoins de recharge de nuit et de recharge de recharge. Ceci influence les investissements en infrastructures de recharge à chaque station. Nous avons également généré une courbe de charge moyenne agrégée qui nous a permis de simuler les installations de recharge et les courbes de charge à l'échelle du comté.

L'étude de Roland Berger suggère que l'électrification pourrait ne pas être la seule option pour la décarbonisation des flottes de véhicules routiers moyens et lourds. (Photo : Chad Elmore)

Et le prix est…

En supposant une autonomie utilisable pour les camions de classe 6 à 8 sur 400 km et des bornes de recharge DCFC de 500 kW pour la recharge locale sur route et de 1 kW pour la recharge sur autoroute, notre modèle a montré un besoin d'investissement de 620 milliards de dollars américains pour les bornes de recharge, les infrastructures de site et les services publics. La recharge sur site via des bornes de recharge de niveaux 2 et 3 représente la part du lion des investissements, soit 500 milliards de dollars américains. Les investissements pour la recharge sur route sont répartis presque à parts égales entre les bornes de recharge locales de 500 kW et les bornes de recharge sur autoroute de 1 MW (respectivement 69 et 57 milliards de dollars américains).

Le coût de la recharge locale est fortement influencé par les véhicules lourds nécessitant une recharge de niveau 3, voire une recharge DCFC, à leur dépôt. Par véhicule, les véhicules lourds nécessitent un investissement en infrastructure de recharge de 145 000 dollars américains, contre 54 000 dollars américains pour les véhicules moyens.

Outre ces investissements, les services publics devront investir environ 370 milliards de dollars dans la modernisation et la construction de nouveaux réseaux de distribution, uniquement pour répondre à la demande locale de recharge des véhicules moyens et lourds. Les défis liés au développement de ces infrastructures découlent de la nécessité de construire des infrastructures en amont de la demande de transport routier afin d'éviter les goulots d'étranglement et les retards, ce qui nécessite une planification plus sophistiquée du réseau ainsi qu'un soutien réglementaire, tous deux limités à ce jour. Le rythme global des investissements des services publics sera également freiné par la nécessité de maîtriser les hausses de tarifs et de maintenir l'accessibilité financière.

Des investissements supplémentaires dans la production et le transport sont nécessaires et s'élèvent à 44 milliards de dollars US selon notre modèle. Cependant, ces investissements font déjà partie des plans à long terme des gestionnaires de réseaux électriques.

L'investissement global de près de 1 000 milliards de dollars US témoigne de la nature transformatrice et de l'ampleur du défi que représente la transition du secteur logistique des véhicules à moteur à combustion interne (MCI) vers les véhicules électriques. À cet investissement s'ajoutent la hausse significative des prix des véhicules électriques et les contraintes opérationnelles qui impactent encore davantage leur coût total de possession.

Une camionnette Mercedes électrique exposée lors de la Work Truck Week 2024. (Photo : Chad Elmore)

Un certain nombre d'implications

Qu’est-ce que cela signifie pour le rythme de l’électrification dans l’industrie des véhicules commerciaux ?

Les implications sélectionnées de l’étude sont les suivantes :

■ Les investissements doivent être optimisés en permanence. Par exemple, l'étude actuelle suppose que les véhicules électriques à batterie fonctionnent de la même manière que les camions diesel. Ce principe doit être modifié pour tenir compte des limitations des véhicules électriques à batterie, par exemple grâce à une planification optimisée des itinéraires et à une recharge gérée. Les équipementiers, les flottes, les services publics et les régulateurs doivent collaborer pour identifier les cas d'utilisation appropriés et permettre le déploiement rapide des infrastructures requises. Une amélioration des performances techniques plus rapide que prévu aurait également un effet positif sur les besoins d'investissement.

■ L'investissement doit être échelonné. La viabilité financière est essentielle pour un déploiement progressif de l'électrification des véhicules moyens et lourds. Il faut donc se concentrer sur les cas d'utilisation les plus proches de la parité du coût total de possession. Selon nous, il s'agit de plusieurs cas d'utilisation pour les véhicules moyens et lourds, le long de corridors autoroutiers clairement identifiables.

■ L'électrification n'est peut-être pas la seule option pour la décarbonation. Des applications ou des itinéraires spécifiques pourraient être desservis de manière plus rentable par des solutions alternatives telles que le diesel renouvelable. Nous devons nous concentrer sur des solutions rentables, indépendamment de toute technologie.

■ Étant donné que le secteur de la logistique aux États-Unis génère un chiffre d'affaires annuel d'environ 800 milliards de dollars et des bénéfices à un chiffre, il est irréaliste de supposer que cette transformation puisse être financée par les flux de trésorerie des opérateurs de transport. Si le déploiement de capitaux privés dans le développement des infrastructures de recharge est privilégié, un soutien gouvernemental sous forme d'incitations ciblées et de réglementation est probablement nécessaire jusqu'à ce que les améliorations technologiques et les modèles économiques permettent de généraliser les avantages des véhicules électriques à batterie (VEB) par rapport aux véhicules à moteur thermique (ICE) en termes de coût total de possession.

Le secteur de la logistique sera à la hauteur des attentes en matière de transport de marchandises et de personnes sûr, abordable et respectueux de l’environnement.

À l'heure actuelle, nous pensons que l'électrification est la technologie la plus prometteuse pour une adoption généralisée. Compte tenu des défis qu'implique une transformation industrielle telle que la transition des véhicules à combustion interne vers les véhicules électriques, la question n'est pas de savoir si, mais quand. Lors de la formulation des attentes et des politiques, il est impératif de prendre en compte les préoccupations des flottes et des autres parties prenantes afin de définir des objectifs et des échéanciers ambitieux mais réalistes.

À propos des auteurs : Dr Walter Rentzsch est directeur, Dr Wilfried G. Aulbur est associé principal et Giovanni Schelfi est associé chez Roland Berger, cabinet de conseil en stratégie internationale qui réalise régulièrement des études sur la construction, l'agriculture et les secteurs connexes pour ses clients. Ses clients sont des fabricants d'équipements mobiles ainsi que des fournisseurs de moteurs et de systèmes de production d'énergie.

Cet article a été initialement publié dans le numéro de mai 2024 de Power Progress.