véhicules élec en californie

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- 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 : [email protected] URL : http://www.ambafrance-us.org Domaine : Véhicule électrique, Energie & Environnement Document : Rapport d’Ambassade / Consulat Général de France à San Francisco, California Titre : Perspectives technologiques du véhicule électrique : État des lieux en Californie et Méthode d’évaluation Auteur : Benjamin Saada Date : Décembre 2011 Contact SST : [email protected] Mots-clefs : énergie, réseau électrique, voiture électrique, bornes de recharge. Résumé : Ce 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 ce domaine. En un premier temps, l’étude développe une expertise autour du sujet des véhicules électriques en Californie. Cette phase de familiarisation avec le sujet permet de mettre en lumière 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 des technologies du véhicule électrique focalisée sur l’expérience de l’utilisateur et sur la construction d’un modèle statistique des usages. Cette méthode est illustrée par une innovation concernant les infrastructures de charge des véhicules électriques. Pour conclure, sont présentés le bilan de cet audit ainsi que les recommandations pour poursuivre 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.

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Page 1: Véhicules élec en californie

- 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 : [email protected]

URL : http://www.ambafrance-us.org

Domaine : Véhicule électrique, Energie & Environnement

Document : Rapport d’Ambassade / Consulat Général de France à San Francisco,

California

Titre : Perspectives technologiques du véhicule électrique : État des lieux en Californie et

Méthode d’évaluation

Auteur : Benjamin Saada

Date : Décembre 2011

Contact SST : [email protected]

Mots-clefs : énergie, réseau électrique, voiture électrique, bornes de recharge.

Résumé : Ce 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 ce domaine.

En un premier temps, l’étude développe une expertise autour du sujet des véhicules

électriques en Californie. Cette phase de familiarisation avec le sujet permet de mettre en

lumière 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 des

technologies du véhicule électrique focalisée sur l’expérience de l’utilisateur et sur la

construction d’un modèle statistique des usages. Cette méthode est illustrée par une

innovation concernant les infrastructures de charge des véhicules électriques.

Pour conclure, sont présentés le bilan de cet audit ainsi que les recommandations pour

poursuivre 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.

Page 2: Véhicules élec en californie

- 2 -

Page 3: Véhicules élec en californie

- 3 -

Perspectives technologiques du véhicule électrique : État des lieux en Californie et Méthode d’évaluation Cette étude a été menée conjointement dans les bureaux de San Francisco de la mission scientifique du consulat de France et de l’équipe EDF Innovation, dans le cadre du stage de fin d’étude de l’Ecole des Mines

Benjamin SAADA

Page 4: Véhicules élec en californie

- 4 -

Résumé Ce 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 ce

domaine.

En un premier temps, l’étude développe une expertise autour du sujet des véhicules électriques en

Californie. Cette phase de familiarisation avec le sujet permet de mettre en lumière 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 des technologies du

véhicule électrique focalisée sur l’expérience de l’utilisateur et sur la construction d’un modèle

statistique des usages. Cette méthode est illustrée par une innovation concernant les infrastructures

de charge des véhicules électriques.

En conclusion, cette étude de l’écosystème Californien, accompagnée de son modèle de simulation, a notamment 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 charge

A 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

Page 5: Véhicules élec en californie

- 5 -

Sommaire Les 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 -

Page 6: Véhicules élec en californie

- 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 les

bornes 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 50

Travaux cités 52

Remerciements 53

Annexes 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

Page 7: Véhicules élec en californie

- 7 -

3) Recherche 55

4) Organisme public 55

5) Société 55

C. Liste des technologies utilisées dans la méthode d’analyse 56

D. Liste des entrées du modèle de simulation du confort 57

1) Paramètre de simulation 57

2) Paramètre de trajet 57

E. Validation de la méthode statistique : Démonstration du phénomène de

foisonnement 58

F. Explications détaillées du modèle de confort sur les configurations de références B, C

et D 60

G. Description complète du système de mobilité électrique 62

3) Description du système 62

4) Les types de flux 65

5) Représentation Schématique 66

Page 8: Véhicules élec en californie

- 8 -

Liste des figures Tableau 1 : Quelques exemples des grands projets financés par le DOE ............................ - 14 -

Tableau 2 : Quelques exemples de grands projets financés par l'état de Californie1 ......... - 14 -

Tableau 3 : Comparaison Véhicule électrique, Véhicule hybride électrique [7] .................. - 16 -

Tableau 4 : Comparatif des différents modes de charge ..................................................... - 17 -

Tableau 5 : Comparaison d'impact 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 ...... 60

Tableau 15 : Résultats indicateurs de confort, système de référence en configuration C ...... 61

Tableau 16 : Résultats indicateurs de confort, système de référence en configuration D ..... 61

Figure 1 : Photo commerciale du modèle EV1 ..................................................................... - 12 -

Figure 2 : Photo d'une Chevrolet Volt en train de charger à Palo Alto ................................ - 17 -

Figure 3: Borne de charge level 2 domestique .................................................................... - 19 -

Figure 4 : Modélisation schématique d'un véhicule électrique ........................................... - 21 -

Figure 5 : Modélisation schématique d'une borne de charge ............................................. - 22 -

Figure 6 : Représentation schématique du réseau électrique ............................................. - 23 -

Figure 7 : Représentation schématique d'un réseau de données ....................................... - 23 -

Figure 8 : Représentation schématique du système mobilité électrique ............................ - 24 -

Figure 9 : Représentation schématique du fonctionnement du modèle de simulation de

confort .................................................................................................................................. - 29 -

Figure 10: Exemple d'une fiche de résultat simulation confort ........................................... - 30 -

Figure 11: Cartographie de l'impact des éléments .............................................................. - 33 -

Figure 12: Photographie d'une station de charge simple .................................................... - 36 -

Figure 13 : Photo d'une station de charge intelligente avec système d'identification intégré .. -

37 -

Figure 14 : Rappel impact de l'intelligence de la borne de charge sur le système de mobilité

électrique ............................................................................................................................. - 39 -

Figure 15 : Récapitulatif du système de mobilité électrique de référence.......................... - 40 -

Figure 16: Exemple d'une fiche de résultat simulation confort ........................................... - 42 -

Page 9: Véhicules élec en californie

- 9 -

Figure 17 : Déroulement du scénario utilisation avec système de référence en configuration

A ............................................................................................................................................ - 42 -

Figure 18 : Résultat comparé dans la configuration C ......................................................... - 47 -

Figure 19 : Score de la solution Borne intelligente (un score élevé signifie une bonne

performance)- exemple de la configuration C .......................................................................... 49

Figure 20 : Déroulement du scénario utilisation avec système de référence en configuration

B ................................................................................................................................................ 60

Figure 21 : Trajet typique sur 2 jours avec probabilité (0,8 bornes par voiture) de

branchement lors du retour au domicile ................................................................................. 60

Figure 22 : Trajet typique sur 2 jours avec probabilité (1,8 bornes par voiture) de

branchement au domicile et au travail .................................................................................... 61

Figure 23 : Modélisation schématique d'un véhicule électrique ............................................. 62

Figure 24 : Modélisation schématique d'une borne de charge ............................................... 63

Figure 25 : Représentation schématique du réseau électrique ............................................... 64

Figure 26 : Représentation schématique d'un réseau de données ......................................... 65

Figure 27 : Représentation Schématique du système mobilité électrique .............................. 66

Page 10: Véhicules élec en californie

- 10 -

Introduction La mission du Service Scientifique du Consulat français de San Francisco est de créer des partenariats

de R&D entre la France et les États-Unis sur le sujet des technologies propres. A ce titre il collabore

avec de nombreux acteurs académiques et industriels, français et américains, de la mobilité

électrique, des énergies renouvelables, du stockage énergétique, et de l'efficacité énergétique.

A l’heure où les Etats Unis ont la ferme intention de devenir leaders dans le véhicule électrique1, il

est devenu stratégique pour la France et ses acteurs du domaine de l’énergie de suivre l’évolution

technologique 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 groupe

EDF pour fournir une analyse du déploiement du véhicule électrique.

De cette collaboration il est vite ressorti que l’identification des technologies du véhicule électrique

en Californie peut s’avérer biaisée par un phénomène de désinformation du au lobby intense des

parties prenantes, une culture du marketing technologique spécifique à la région et au phénomène

de mode entourant les technologies propres. C’est pourquoi il a été décidé en cours de route - afin

de réussir cette mission de veille technologique - de pousser l’exercice plus loin en proposant une

méthode d’évaluation des technologies liées au véhicule électrique.

L’étude commence donc par le développement d’une expertise autour du sujet des véhicules

électriques en Californie (Partie I). Cette phase de familiarisation avec le sujet permet de mettre en

lumière la faiblesse de l’argumentation autour du développement du véhicule électrique dans cette

région. Vient ensuite la phase de développement d’une méthode d’audit des technologies du

véhicule électrique focalisée sur l’expérience de l’utilisateur et sur la construction d’un modèle

statistique des usages (Partie II). Cette méthode est illustrée par une innovation concernant les

infrastructures de charge des véhicules électriques (Partie III). Pour conclure, sont présentés le bilan

de cet audit ainsi que les recommandations pour poursuivre l’amélioration des méthodes d’analyse

des technologies.

1 Le président Barack Obama a encore rappelé son objectif d’1 million de véhicules électriques en 2015 lors de

son discours annuel « State of the Union address » (7)

Page 11: Véhicules élec en californie

- 11 -

Les problématiques de l’émergence du véhicule électrique, le cas

pratique de la Californie

Le véhicule électrique n’est pas une simple innovation. La complexité de sa mise en œuvre et la

courte 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 raccourci

malheureux. En effet, il n’englobe qu’une très petite partie du problème : la voiture. Il est préférable

d’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 un

type de véhicule et à un comportement de l’utilisateur. Il y a autant de mobilité électrique qu’il y a

d’usage de la voiture. Par ailleurs, ces usages évoluent en permanence à l’image des configurations

urbaines. Certains systèmes de mobilité sont ainsi très bien adaptés à certaines classes de la

population 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 une

complexité qu’il faut apprendre à maîtriser afin d’appréhender efficacement le sujet du véhicule

électrique.

Le but de cette première partie est donc de présenter les enjeux culturels, historiques et

évidemment techniques associés à la mobilité électrique avec une vision centrée sur les Etats-Unis

et particulièrement sur la Californie.

A. Histoire du véhicule électrique en Californie La 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 le

segment de la mobilité propre prévoyant des opportunités commerciales très lucratives sous l’effet

des incitations financières et des aides publiques. Ainsi la Californie s’est-elle dotée dès 1996 du

premier modèle « moderne »2 de véhicule électrique de série développé par General Motors, l’EV1

avec plus de 1000 véhicules produits en 3 ans.

1 Arnold Schwarzenegger a été gouverneur de Californie de 2003 à 2010

2 Les véhicules électriques existent depuis le début du XXème siècle

Page 12: Véhicules élec en californie

- 12 -

Figure 1 : Photo commerciale du modèle EV1

Après l’éclatement de la bulle du numérique dans les années 2000 sur l’internet, la Silicon Valley

s’est en partie reconvertie dans les nanotechnologies, puis les biotechnologies et enfin les Clean

Tech1, voyant fleurir un très grand nombre de start-up dont les innovations ont en commun l’objectif

de la réduction des pollutions. Ainsi, les nouveaux acteurs du véhicule électrique ont

systématiquement un bureau en Californie, dans la baie de San Francisco, contribuant à faire de

cette 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, des

pilotes, des débats, des expérimentations techniques, et des lancements commerciaux de la mobilité

électrique.

B. Acteurs de la mobilité électrique

1) Les constructeurs automobiles

Les constructeurs automobiles ont un rôle important dans la mobilité électrique, essentiellement car

ils sont en charge de l’intégration de batterie, qui comme il sera montré ci-après, a une importance

capitale sur les performances de la mobilité électrique générale.

Ils ont, non seulement la responsabilité de dimensionner la batterie, mais aussi de fournir une offre

commerciale intelligente pour le véhicule électrique. En effet, le véhicule électrique nécessite un

investissement initial important (essentiellement à cause de la batterie dont la durée de vie est

limitée [3]) qui peut représenter un frein au succès commercial de la mobilité électrique2. Par

exemple, certains constructeurs travaillent sur des offres de location de batterie et/ou d’entretien

pour en améliorer la durée de vie.

1 Clean Tech est la terminologie utilisée aux USA pour décrire les technologies propres

2 Aujourd’hui, le stockage mobile coute entre [500-900+ le kWh sachant qu’une batterie standard contient

24kwh.

Page 13: Véhicules élec en californie

- 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 énergéticiens

Aux USA, les productions d’énergie ont pour fonction principale d’assurer l’arrivée des électrons dans

les bornes de charge des utilisateurs. Leur mission se limite donc à assurer une qualité de service sur

le 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’espace

public, 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 : Southern

California Edison (SCE), San Diego Gas & Electric (SDG&E), Pacific Gas & Electric (PG&E), Sacramento

Municipal Utility District (SMUD).

3) Les régulateurs

Les régulateurs doivent favoriser une organisation propice à l’émergence puis au développement

d’un marché de la mobilité électrique1. Aux Etats-Unis, ces différents organismes, avec un champ

d’action au niveau des Etats utilisent essentiellement deux facteurs d’influence : une redistribution

des impôts2, orientée en faveur des technologies qu’ils jugent stratégiques, et une régulation des prix

en faveur de la diminution du CO2.

Il est important de noter que l’action des régulateurs est remarquable d’ingéniosité afin de pousser

les industries et les entrepreneurs à se lancer dans le développement du véhicule vert. En plus de

toutes 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 électrique

A titre informatif, les organismes de régulation actifs sur la côte ouest dans la mobilité électrique

sont : California Public Utilities Commission (CPUC), California Air Resource Board (CARB), Bay Area

Air Quality Management District (BAAQMD)

4) Les opérateurs de borne de charge

Etant donné la régulation californienne, il est fort probable que nous allons assister à l’émergence

d’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, sur

1 Ce cadre politique est donné par le fameux Assembly Bill 118 au niveau national et Assembly Bill 32 en

Californie 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’immatriculation

3 Le lecteur remarquera que l’énergie, en Californie ainsi que dans une majorité des états, est un marché régulé

(contrairement à l’Europe).

Page 14: Véhicules élec en californie

- 14 -

le modèle de la téléphonie mobile, vont assurer le déploiement, l’entretien des équipements et la

mise 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, des

tarifications du chargement en fonction du prix de l’électricité, …1

A titre informatif, les fabricants de bornes de charge actifs sur la côte ouest sont Ecotality, Coulomb

technologies, Aerovironment, ClipperCreek

C. Les mécanismes d’incitation en faveur du véhicule électrique Après la « faillite » de deux des Big3 (General Motors, Chrysler, Ford), lors de la crise économique de

2009, le gouvernement américain a décidé de faire des USA un des leaders dans le véhicule

électrique. Il s’ensuit un mécanisme d’incitation très fort à deux niveaux.

1) Au niveau fédéral

Le Department of Energy (DoE) finance massivement des projets de recherche dans toutes les

régions des Etats-Unis afin de développer des technologies permettant d’asseoir durablement le

véhicule électrique. Par ailleurs, cette même entité intervient ponctuellement pour soutenir des

industries stratégiques comme la filière des batteries.

Tableau 1 : Quelques exemples des grands projets financés par le DOE2

Type de projet ciblé Nature de l’aide

Advanced Energy Research Project Grants

Recherche Financement, Crédit

Improved Energy Technology Loans

Commercial Garantie financière

Advanced Technology Vehicle (ATV) Manufacturing Incentives

Industriel Crédit

Clean Cities

Commercial Animation d’un réseau

2) Au niveau des Etats

Les états ont pour mission de favoriser le développement du véhicule électrique au titre de

l’indépendance énergétique des Etats-Unis. Dans la pratique, ils y consacrent plus ou moins de

financement en fonction de leur intérêt pour la question des véhicules électriques et des

opportunités énergétiques locales. La Californie est évidemment très active sur le sujet et peut

même financer des projets de recherche au même titre que le Department Of Energy (Niveau

Fédéral).

Tableau 2 : Quelques exemples de grands projets financés par l'état de Californie1

Type de projet ciblé Nature de l’aide

Plug-In Hybrid and Zero Emission Light-Duty Vehicle Rebates

Incitation conducteur Subvention du véhicule

1 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 Data

Center » : http://www.afdc.energy.gov

Page 15: Véhicules élec en californie

- 15 -

Alternative Fuel and Vehicle Research and Development Incentives

Recherche Crédit

Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) Incentive

Incitation conducteur Subvention borne de charge

Electric Vehicle (EV) Charging Rate Credit – SMUD

Incitation énergéticien Subvention prix de l’énergie

High Occupancy Vehicle (HOV) Lane Exemption

Incitation conducteur Ligne rapide pour les 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

Page 16: Véhicules élec en californie

- 16 -

E. Description du modèle Californien de mobilité électrique Au moment de l’écriture de ce document, les décisions sont déjà prises ou les tendances

suffisamment fortes pour prétendre prédire l’allure du système de mobilité électrique aux USA et

plus particulièrement dans la baie de San Francisco.

1) Le véhicule type

Par définition, le giron de la mobilité électrique englobe l’ensemble des véhicules capables de se

connecter au réseau électrique1. Aujourd’hui, il existe 2 modèles de véhicule qui entrent dans cette

catégorie:

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 rechargeable3

Nombre de places 5 5 Autonomie de la batterie 100miles 40miles Intelligence embarquée Non Non Mode de commercialisation Vente Vente Prix 36,000$ (Nissan Leaf) 40,280$ (est. Chevy Volt) Type de batterie Lithium ion Polymer (Li-Mn) Lithium Ion Prévision de vente en 2011 29,600 16,000 Prévision de vente en 2013 93,000 170,000

1 En Californie, depuis 2011 les modèles hybrides non rechargeables comme la PRIUS de Toyota ne sont plus

considérés comme propres car leur niveau d’émission de CO2 est au-dessus des quotas actuels 2 Le véhicule hybride non rechargeable ne se connecte jamais au réseau et se charge de manière autonome à

partir de l’énergie cinétique au freinage ou du moteur essence. Le modèle emblématique est la Toyota Prius 3 Nous avons notamment utilisé les données de la bibliographie (11; 11)

Page 17: Véhicules élec en californie

- 17 -

Figure 2 : Photo d'une Chevrolet Volt en train de charger à Palo Alto

2) Le schéma de déploiement des bornes de charges

Il est important de commencer par rappeler au lecteur qu’il existe aujourd’hui 3 types de bornes de

charge qui se différencient par leurs vitesses de chargement des batteries. La métrique retenue par

l’industrie est le temps de charge pour 100 miles d’autonomie de batterie1.

Tableau 4 : Comparatif des différents modes de charge

Type de charge Volts Ampères Temps de chargement pour 100 miles d'autonomie

Level 1 120V AC 16A 16/32 h

Level 2 208/240V AC

32A 4/6 h

DC Fast Charging

240/500V DC

125A 20 min

Il y a peu d’incertitude sur le schéma de déploiement des bornes de charge aux Etats Unis étant

donné que les accords cadres sont déjà signés2. Il est donc prévu un déploiement massif de chargeurs

level 2, avec un ratio de 1,5 chargeur par voiture. Cela signifie que pour deux voitures électriques

vendues (hybride électrique ou full électrique), le gouvernement prévoit l’installation de trois bornes

de charge (deux bornes dans les maisons des conducteurs et une borne sur la voie publique). Ces

1Cette métrique sous-entend que les voitures ont toutes le même rendement de conversion

électrique/mécanique ce qui n’est certainement pas vrai. 2 Notamment les accords pour the EV Project et Charge Point America

Page 18: Véhicules élec en californie

- 18 -

chargeurs level 2, seront complétés par des chargeurs DC Fast Charging sous forme de corridors dans

les 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 du

réseau électrique à fournir de l’énergie à une très forte intensité. En effet, une voiture électrique

branchée sur le réseau en level 2, représente l’équivalent de la consommation d’une maison. Donc

une voiture branchée sur un chargeur DC ajoute en quelques fractions de seconde l’équivalent de 4

maisons sur le réseau. Non seulement cela requiert beaucoup d’énergie, mais ces branchements

rapides sur le réseau ajoutent des harmoniques et nuisent à l’efficacité énergétique de tout le

réseau.

Tableau 5 : Comparaison d'impact 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 kWh

Réfrigérateur : Frigo combi (250

litres), label C

DE 200 à 350 W 500 kWh

Voiture électrique (données

ADEME)

10,000 W (à 100km/hrs) 2,000 kWh basée sur 8,000 km

par an)

Enfin, les bornes de charge seront intelligentes. En effet, le gouvernement subventionne dans la

pratique uniquement l’installation des bornes fabriquées par CoulombsTech et Ecotality2.

Leurs modèles sont équipés d’une interface de connexion pour transmettre des données évoluées du

type internet. Cette capacité n’est pas exploitée aujourd’hui, mais il est prévu de l’utiliser pour

apporter de nouveaux services à l’utilisateur et maîtriser la charge sur le réseau : pilotage de la

charge ou « demand response ».

1 Par exemple, l’i5 Corridor project prévoit l’installation de stations de charge rapide le long de l’autoroute i5

2 Voir annexe : Les offres Coulombs et Ecotality

Page 19: Véhicules élec en californie

- 19 -

Figure 3: Borne de charge level 2 domestique

3) Les attentes comportementales Les performances de la mobilité électrique sont aujourd’hui très dépendantes du comportement de

ses utilisateurs. En effet, selon les usages des voitures et les stratégies de charge adoptées, l’impact

sur le réseau peut être plus ou moins important. Nous analyserons par la suite quel est l’impact des

comportements sur le système de mobilité. Néanmoins, le gouvernement américain, ainsi que les

consultants, s’efforcent de prévoir le comportement des utilisateurs. Ci-dessous une synthèse des

prévisions recueillie lors des interviews1 et des conférences [8].

Tableau 6 : Principales caractéristiques des utilisateurs américains de Véhicule Electrique [7]

Véhicule électrique total Véhicule hybride électrique

Nombre de véhicule en 2010 93,000 170,000 Type de charge principale

Level 2 Level 2

Lieu de charge principal

Maison Maison / Bureau

Fréquence des charges

1 charge par jour 2 charges par jour

1 Interviews des compagnies CoulombsTech, Ecotality

Page 20: Véhicules élec en californie

- 20 -

Le véhicule électrique, proposition d’une méthode d’analyse:

Afin de pouvoir appréhender les différentes propositions technologiques qui prolifèrent dans le

monde 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 avis

souvent contradictoires des leaders d’opinion du véhicule électrique.

A. Les limites d’une analyse classique

1) Limites dans l’analyse des performances statiques

Aujourd’hui, les analyses de perspectives de succès d’une technologie se contentent de comparer la

technologie à ses concurrentes selon une grille d’analyse détaillée. Cette méthode est vouée à

apporter des réponses incomplètes et est sans grand intérêt pour un acteur à influence ou vision

macroscopique comme EDF. En effet, l’optimisation du véhicule électrique ne garantit en rien

l’optimisation de la mobilité électrique. Imaginons un véhicule électrique très performant du point

de vue d’un utilisateur mais qui détériore totalement le réseau électrique et oblige l’électricien à

utiliser des sources d’énergie très polluantes.

En effet, le véhicule électrique est en fait une sous partie d’un système qui comprend toute la

mobilité électrique. Pour être encore plus précis, il faudrait analyser cette mobilité électrique comme

une sous partie du système de mobilité à faible émission de carbone, voir du système de mobilité

général. Cependant, la capacité d’influence d’EDF se limitant au monde de l’électricité, nous

définissons 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’un

système global homogène dont chacune des sous parties est optimisée en fonction des autres

éléments 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 la

performance absolue des technologies, en utilisant une méthode d’analyse marginale de la

performance des technologies dans un système donné.

2) Limites dans l’analyse des performances dynamiques

Il est très surprenant de constater que les analystes du véhicule électrique se préoccupent si peu de

la validité temporelle des innovations. En effet, le véhicule électrique comme la plupart des éléments

du système de mobilité électrique sont des investissements à moyen ou long termes avec des

prévisions de développement à grande échelle. Cela signifie que dans l’analyse des technologies, il

est nécessaire de prendre en compte de manière prospective la compatibilité avec l’augmentation du

nombre d’utilisateurs et donc de la sollicitation du système. Cette sollicitation ne concerne pas

seulement les besoins en électricité, mais également les besoins en approvisionnement de matière

première. Ainsi l’introduction des éléments de logistique et de méthode de production nous semble

essentielle.

Page 21: Véhicules élec en californie

- 21 -

B. Description des composants du système de mobilité électrique Pour des raisons de simplification, nous avons reporté en annexe une description détaillée du

système 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 d'un 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

Page 22: Véhicules élec en californie

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Figure 5 : Modélisation schématique d'une 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

Page 23: Véhicules élec en californie

- 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 d'un réseau de données

1 Nous parlons ici de réseaux de données liés à l’approvisionnement du véhicule en énergie. Le véhicule est

depuis bien longtemps « connecté » au monde extérieur par l’intermédiaire du système de positionnement par satellite par exemple.

Page 24: Véhicules élec en californie

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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 éléments

Ci-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 électrique

Secteur Partie Secteur Adjacent 1er niveau

Fonction

EV

Batterie EV Stock les électrons

EV Chargeur EV Transforme un flux d'électron en un flux d'électrons adapté à la batterie du VE en fonction de paramètres utilisateurs

EV Système de bord EV Système de planification de la demande utilisateur/ stock VE

BC Système d’intelligence BC

BC Système de planification de la demande/utilisation du réseau domestique/du stock VE

Page 25: Véhicules élec en californie

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EN Compteur EN Système de planification de la demande/utilisation du réseau électrique/domestique

DN Distributeur d’information

EV, BC, EN Interface de transmission/connexion multimodale

4) Configuration du système

Le seul choix des composants du système de mobilité électrique ne suffit pas à maîtriser le

comportement de ce système. Encore faut-il décrire dans quelle configuration seront organisés tous

ces éléments. Ainsi nous proposons d’ajouter une étape de personnalisation du système. Cette étape

prend notamment en compte les variations d’urbanisme dans lesquelles va s’inscrire le système de

mobilité. 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 un

1 Alors que l’on différencie très bien les catégories de voiture concernant les moteurs essences (le véhicule de

loisir, 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 donc

consensus sur le fait que pour chaque véhicule vendu, une station de charge sera installée sur le lieu du domicile

Page 26: Véhicules élec en californie

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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’analyse

Pour analyser correctement le système de mobilité électrique, il est important de ne pas s’intéresser

aux caractéristiques isolées de chaque élément ou sous élément du système. Cette approche

comporte de nombreuses limites dont la plus évidente est classique des systèmes à plusieurs

variables : l’optimisation de chacune des variables ne résulte pas nécessairement en l’optimisation

de la totalité du système. Par exemple, une batterie de faible autonomie alliée à un système de

charge très performant pourrait finalement offrir la même disponibilité pour le conducteur qu’une

batterie 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 des

agrégats est dirigé par une vision « orientée client» qui nous semble particulièrement adaptée à

l’environnement commercial du système de mobilité électrique à la conquête de nouvelles cibles. En

effet, la problématique principale des acteurs de la mobilité électrique est de convaincre les

utilisateurs de passer d’un système de mobilité traditionnel à un système de mobilité électrique. Il

est important de considérer que la mobilité électrique à grande échelle n’est pas le fruit d’une

demande initiale des utilisateurs finaux (les conducteurs de véhicule) mais la volonté des Etats

d’imposer un mode de transport à faible émission de CO2 (pour être précis, il faudrait dire à faible

dépendance vis-à-vis des pays producteurs de pétrole). Ainsi, les acteurs doivent s’assurer à tout

moment 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

Page 27: Véhicules élec en californie

- 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

Page 28: Véhicules élec en californie

- 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 confort

Dans le cadre spécifique de cette étude, il a été utile de réaliser un outil de simulation des trajets qui

permet de simuler les résultats du confort utilisateur pour une configuration donnée. En effet, le

manque de lisibilité des solutions technologiques qui nous ont été présentées a conduit au

développement de notre propre modèle d’impact des technologies sur le confort utilisateur.

Le fonctionnement du modèle

Cet outil est une première étape élémentaire de modélisation. Il a été réalisé par une méthode de

calcul pas à pas sur un logiciel tableur et l’utilisation de plusieurs lois statistiques afin d’intégrer « un

premier niveau de réalisme » sur les comportements des utilisateurs.

Page 29: Véhicules élec en californie

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Le fonctionnement schématique du modèle est représenté ci-dessous. Le lecteur désireux d’en savoir

plus 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 confort

Le résultat du modèle

A partir des informations entrées par l’analyste, l’outil génère une fiche confort qui va permettre

d’analyser la performance de la technologie par rapport aux critères de confort. Consultez ci-dessous

un exemple d’une telle fiche confort.

Cette fiche rassemble l’intégralité des résultats relatifs à la notation du confort d’une technologie dans une configuration et un système donné. Ci-dessous les résultats pour la configuration A par exemple.

Page 30: Véhicules élec en californie

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Figure 10: Exemple d'une fiche de résultat simulation confort

Résultat Simulation confort : Configuration A

Exemple d’un trajet type

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 ).

Charge Maison Oui

Type Charge Maison Privé

Charge Bureau Non

Type Charge Bureau N/A

Nombre de borne

par véhicule sur le

marché

1

La fiche représente donc le trajet type d’un utilisateur, les performances confort du système de

mobilité associé à la configuration choisie, et enfin un espace pour que l’analyste puisse y inclure des

remarques personnelles afin d’expliquer le phénomène.

Page 31: Véhicules élec en californie

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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 1

à 5.

Tableau 8 : Système de notation

1 2 3 4 5

Taux de confort Utilisateur

Temps passé avec une autonomie en dessous

du seuil critique

Augmentation de plus de 15%

Augmentation de plus de 5%

Inchangé Réduction d’au moins 5% Réduction d’au moins 15%

Nombre de km disponible

Augmentation de plus de 15%

Augmentation de plus de 5%

Inchangé Réduction d’au moins 5% Réduction d’au moins 15%

Coût de fonctionnement Bcp plus coûteux Plus coûteux Neutre Moins coûteux Beaucoup moins coûteux

Faisabilité d'implémentation

Coût modifications du réseau

Bcp plus coûteux Plus coûteux Neutre Moins coûteux Beaucoup moins coûteux

Polyvalence du système

Etendue du périmètre de validité

Pose des problèmes de compatibilité même locale

Compatible localement Compatible dans le territoire national

Compatible dans les pays frontaliers

Compatible mondialement

Coût de l'adaptation géographique de

système

Très coûteux Peu coûteux Neutre Peu coûteux Insignifiant

Rentabilité Diminution de la pollution

Augmente considérablement le bilan carbone du système

Augmente le bilan carbone du système

Neutre Réduit le bilan carbone du système

Réduit considérablement le bilan carbone du système

ren

nit

é

Compatibilité avec le spectre utilisateur

Incompatible avec le spectre de référence très élargi

Incompatible avec le spectre de référence élargi

Compatible avec le spectre utilisateur principal de référence

Compatible avec le spectre de référence élargi

Compatible avec le spectre de référence très élargi

Nombre des technos actuelles compatibles

<15% 15-50% 50% 50-75% 75-100%

Coût de désinstallation Très coûteux Peu coûteux Neutre Peu coûteux Insignifiant

Compatibilité industrielle avec des

grands volumes

Incompatible pour une distribution à grande échelle

Processus non robuste pour un grand volume de production

Processus peu robuste pour un grand volume de production

Processus potentiellement robuste pour un grand volume de production

Processus robuste pour un grand volume de production

Pérennité de la chaine logistique

Indice très faible Indice faible Indice neutre Indice élevé Indice très élevé

Page 32: Véhicules élec en californie

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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 électrique

Secteur Partie Adjacent 1er niveau

Fonction Taux de confort Utilisateur

Rentabilité Faisabilité d'implémentation

Polyvalence du système

Pérennité

EV Batterie EV Stock d'électron X X X

EV Chargeur EV Transforme un flux d'électron en un flux d'électron adapté à la batterie du VE en fonction de paramètre utilisateur

X

EV Système de bord

EV Système de planification de la demande utilisateur/du stock VE

X X

BC Système d’intelligence BC

BC Système de planification de la demande/utilisation du réseau domestique/du stock VE

X X X

EN Compteur EN Système de planification de la demande/utilisation du réseau électrique/domestique

X X X

DN Distributeur d’information

EV,BC,EN Interface de transmission/connexion multimodale

X X X X X

Page 33: Véhicules élec en californie

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2) Conclusion : Cartographie de l’impact des principaux composants

Figure 11: Cartographie de l'impact des éléments

Taux de confort utilisateur

Faisabilité d’implémentation

Polyvalence du système

Rentabilité

Pérennité

Distributeur d’information

Batterie

Chargeur

Système d’intelligence BC

Système de bord

Compteur

En conclusion, ce premier travail d’analyse et de synthèse du système de mobilité électrique a

permis de tracer les zones d’influences des principaux éléments qui le composent. Des résultats

peuvent 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.

Page 34: Véhicules élec en californie

- 34 -

Ainsi cette étude permet d’ores et déjà d’orienter efficacement les recherches sur les éléments les

plus pertinents selon les requêtes et les objectifs de performance des équipes opérationnelles d’EDF.

Page 35: Véhicules élec en californie

- 35 -

E. Conclusion sur la méthode d’analyse

Contrairement à des analyses isolées des performances de chacune des technologies, cette méthode

se montre efficace pour analyser les contradictions et pour conduire une amélioration du système de

mobilité en minimisant le dimensionnement des infrastructures. En effet, considérer un système

global 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 enjeux

selon le point de vue des observateurs. Certains éléments ont une envergure plutôt locale alors que

d’autres éléments apparaissent comme constitutifs du bon fonctionnement du système de mobilité

électrique (Batterie, Système d’intelligence des Bornes de Charge, Serveur de communication).

L’interprétation des résultats peut conduire à considérer les couplages comme des niveaux de

risque. Dans ce cas, on en déduit que la batterie est un élément très risqué pour l’établissement

pérenne de la mobilité électrique. Ce résultat est d’ailleurs en ligne avec le très fort niveau de

subventions gouvernementales dont bénéficie la batterie1.

On s’est également intéressé à associer ces résultats avec une analyse économique des

investissements nécessaires pour améliorer chacun de ces éléments. On peut ainsi interpréter ces

résultats sous la forme d’opportunité d’investissement stratégique. Il apparaît ainsi que les

investissements en technologie de l’information sont très rentables pour améliorer les performances

absolues de la mobilité électrique. En effet, ces investissements sont faibles alors que l’impact sur la

réduction du dimensionnement des équipements est très grand, ainsi que la maîtrise à long terme des

comportements des utilisateurs.

1 Référence faite principalement au financement de la société A123 qui a reçu pas loin de 1milliard de $ de

subventions directes et encore plusieurs centaines de millions de $ en subventions indirectes.

Page 36: Véhicules élec en californie

- 36 -

Application de la méthode au cas de la technologie Intelligence

embarquée pour les bornes de charges

La méthode d’audit du système de mobilité électrique étant maintenant établie, il est essentiel d’en

représenter l’application sur un élément hautement stratégique : les infrastructures de charge. Ce

choix est d’autant plus intéressant que le gouvernement américain a principalement choisi de

favoriser 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 borne

intelligente (Partie A). Puis une seconde étape va consister à appliquer la méthode d’évaluation

précédemment expliquée qui débute par l’étalonnage de notre système de référence (Partie B) et se

termine par l’évaluation technique du confort et des attributs (Partie C). Enfin la conclusion portera

sur la pertinence de cette technologie (Partie D).

A l’heure actuelle, la plupart des pilotes de projet européens sont équipés de bornes de charge dites

simples. Ces bornes sont de simples prises de courant munies d’un système de branchement sécurisé

et d’une interface de pilotage de la charge de la batterie de manière à optimiser sa durée de vie1.

Figure 12: Photographie d'une station de charge simple

Aux Etats-Unis, la stratégie du gouvernement et du Department of Energy (DoE) a été de ne

subventionner que des bornes dites intelligentes, notamment aux travers des deux programmes

1 Dans le détail, la gestion de la charge de la batterie est embarquée dans le véhicule. Ce système est appelé

aux USA Battery Management System. Néanmoins, il requiert quasiment systématiquement une interface compatible au niveau de la borne de charge.

Page 37: Véhicules élec en californie

- 37 -

principaux évoqués précédemment (Chapitre E, paragraphe 2 en page 9) ChargePoint America et The

EV Project.

Figure 13 : Photo d'une station de charge intelligente avec système d'identification intégré

Nous avons donc cherché à comprendre et évaluer la pertinence de l’utilisation de bornes

intelligentes 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 ce

qui se cachait sous cette dénomination commerciale de bornes intelligentes.

En réalité, les bornes intelligentes sont avant tout des bornes communicantes. Elles sont munies

d’une interface de communication avancée permettant d’émettre de l’information complexe sur un

réseau de type internet et d’automates programmables permettant un pilotage à distance. A

nouveau, la mobilité électrique exige, pour être correctement comprise, d’avoir une vision

macroscopique du problème. On comprend dès lors que l’intelligence de la borne de charge dépend

tout autant du matériel (carte de connexion, automate), que des applications logicielles qui

l’accompagnent afin de gérer la borne, que de l’organisation du réseau de données sur laquelle va

circuler l’information.

Ainsi, une solution de borne de charge intelligente est la combinaison d’un matériel, d’un logiciel et

d’une architecture des données.

Laissons de côté le critère d’architecture des données. Tout d’abord, il dépasse le spectre de

compétence de cette étude et on ne serait pas en mesure de décrire et d’évaluer les enjeux d’une

architecture des données. Ensuite, dans la pratique, les fournisseurs offrent une grande flexibilité sur

cette architecture, ce qui, par conséquent, ne permet pas vraiment de différencier les solutions sur

ce critère.

Page 38: Véhicules élec en californie

- 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 et

les décideurs publics qui ont choisi de favoriser ces équipements, voici les enjeux dépendants de

l’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. Cela

suppose :

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 …

Page 39: Véhicules élec en californie

- 39 -

Figure 14 : Rappel impact de l'intelligence de la borne de charge sur le système de mobilité électrique

Taux de Confort utilisateur

Faisabilité d’implémentation

Rentabilité

Pérennité

Polyvalence du système

Distributeur d’information

Batterie

Chargeur

Système d’intelligence BC

Système de bord

Compteur

B. Etalonnage du Système de référence

1) Description des principaux éléments

Le système de référence de mobilité électrique choisi pour évaluer l’impact de cette technologie a

été défini pour répondre aux besoins d’un énergéticien. Nous avons préconisé un système simple

correspondant à une vision probable de ce que sera la mobilité électrique dans une grande ville

française 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.

Page 40: Véhicules élec en californie

- 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 lamaison ou au bureau selonles scénarii sur des bornespubliques ou privées• Possibilité de surchargelocale si accumulation dunombre de voiture

• Chargeur Level 2 : 6hrs pourcharger 100km • Batterie : 100km

d’autonomie• Aucune intelligence

• Interface de communication wifi ou adsl

• 1 seul trajet 5 fois parsemaine pour aller au travail• Je charge le plus possiblelorsque je branche mavoiture sur une borne• Je veux que ma voiturepuisse me permettred’effectuer 20km à toutmoment

• Capacité de productionnationale largement capabled’absorber la charge du parcautomobile

Système de mobilité

électrique deréférence

2) Choix des configurations

Au moment de l’écriture de ce rapport, le futur du véhicule électrique reste trop incertain pour

définir un unique système de référence. On a donc choisi de travailler sur 4 configurations et de

mettre en parallèle les résultats. Ces 4 configurations ont en commun l’usage du véhicule électrique

et 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

Page 41: Véhicules élec en californie

- 41 -

Distribution des bornes de charge :

o La répartition entre charge publique et privée : le choix a été de prendre

différente répartition de bornes afin de représenter des villes où l’urbanisme

est vertical (immeubles) et des villes où l’urbanisme est plutôt résidentiel

(maisons avec garage). Cette différenciation permet de mettre également en

exergue une des grandes différences entre les Etats-Unis et l’Europe.

o Le nombre de bornes de charge par véhicule électrique : il est aujourd’hui

extrêmement difficile de prédire le nombre de bornes de charge qui sera

installé en définitif1. Ce paramètre va donc varier selon les 4 prévisions

possibles : si la charge se fait au domicile en privé, la densité est de 1

(Configuration A). Si les entreprises offrent aussi des stations publiques au

lieu de travail, la densité est de 1,9 (Configuration B). Si la charge est

uniquement publique, on considère que les prestataires installeront 0,9 borne

par véhicule dans les zones de résidence (Configuration C). On passe à 1,8

borne si les entreprises ajoutent des stations publiques supplémentaires sur

le lieu de travail (Configuration D).

Tableau 10 : Récapitulatif des 4 configurations retenues

Configuration A : USA early stage

Configuration B : USA final stage

Configuration C : EUROPE early stage

Configuration D : EUROPE final stage

Charge Maison

Oui Oui Oui Oui

Type Charge Maison

Privé Privé Publique Publique

Charge Bureau

Non Oui Non Oui

Type Charge Bureau

N/A Publique N/A Publique

Nombre de borne par véhicule sur le marché

1 1.8 0.9 1.8

3) Présentation de la fiche de résultat du confort : Exemple de la

configuration A sur le système de référence

Maintenant que le système est décrit et que les configurations sont choisies, les informations peuvent être entrées dans le modèle et générer une nouvelle fiche confort

1 Ce chiffre devrait varier entre 1.2 et 2 d’après les spécialistes. Il est aujourd’hui prévu à 1.5 pour la France et

1.3 pour la Californie

Page 42: Véhicules élec en californie

- 42 -

associée. Cette fiche rassemble l’intégralité des résultats relatifs à la notation du confort d’une technologie dans une configuration et un système donné. Ci-dessous les résultats pour la configuration A par exemple.

Figure 16: Exemple d'une fiche de résultat simulation confort

Résultat Simulation confort : Configuration A

Exemple d’un trajet type

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 ).

Charge Maison Oui

Type Charge Maison Privé

Charge Bureau Non

Type Charge Bureau N/A

Nombre de borne

par véhicule sur le

marché

1

Voici maintenant l’analyse détaillée des résultats de cette fiche confort.

La courbe du trajet type

Basée sur les hypothèses de fonctionnement du système de mobilité et la configuration, la courbe du

trajet type représente heure par heure :

L’état d’autonomie de la batterie en kilomètres disponibles à un instant donné

La charge transférée en kilomètre

Le niveau de prix de l’énergie (pic ou hors pic)

Figure 17 : Déroulement du scénario utilisation avec système de référence en configuration A

Seuil Critique

Page 43: Véhicules élec en californie

- 43 -

Dans le cas de la configuration A sur le système de référence, nous observons que l’utilisateur

conduit 1h le matin et 1h le soir (l’état batterie diminue). A son arrivée au domicile à 17hrs, il

branche sa voiture de manière certaine (car la charge est privée). La charge démarre immédiatement

pendant les heures de pic (car la borne est basique sans intelligence).

Le tableau des résultats

Ci-dessous le tableau issu de la fiche de résultat.

Tableau 11 : Résultats indicateurs de confort, système de référence en configuration A

Kilomètres disponibles en fin de période (km)

190,0

Temps passé sous le seuil critique (h) 0,0

Coût de la charge en fin de journée (€) 12,6

Indice de Performance (km Dispo/(Coût*(RA+1)))

15,1

Basée sur la simulation statistique de 10 000 trajets (rappelons au lecteur que le trajet varie autour

d’une gaussienne et que la probabilité de branchement varie autour d’une loi de Bernoulli), l’outil va

calculer des « scores ».

Dans notre exemple, le véhicule a en moyenne obtenu 190kms d’autonomie au cours de la période

d’une journée, il ne s’est jamais retrouvé sous le seuil critique d’autonomie et le coût de la charge

était en moyenne de 12,6€

Enfin, l’indice de performance que nous avons créé, agrège ces résultats avec une pondération

arbitrairement homogène.

L’interprétation des résultats

Compte tenu de ces résultats, l’analyste peut alors les interpréter. Dans le cas de la configuration A,

le système de référence remplit déjà entièrement son rôle en terme de kilomètres disponibles et de

temps passé sous le seuil critique. En revanche, la performance est dégradée par le coût de la charge

qui est maximale (toute la charge est réalisée pendant le pic de consommation).

Pour plus de détails de la simulation statistique ou de l’analyse du résultat confort des configurations B,C,D, il faut se rapporter à l’annexe dans Annexes F page 7.

Synthèse des résultats

Ci-dessous, la synthèse des résultats configuration des 4 configurations dans le cas du système de

référence

Tableau 12 : Synthèse des résultats

Configuration A B C D

Plage densité de borne

1 1.8 0.9 1.8

Charge Maison

Oui Oui Oui Oui

Page 44: Véhicules élec en californie

- 44 -

Type Charge Maison

Privé Privé Publique Publique

Charge Bureau

Non Oui Non Oui

Type Charge Bureau

N/A Publique N/A Publique

Le nombre de km disponibles en fin de

période (km)

190,2 189,8 126,5 128,1

Temps passé sous le seuil critique (h)

0,0 0,0 0,5 0,0

Coût de la charge en fin de journée (€)

12,3 12,6 11,3 12,1

Indice de Performance

15,6 15,6 10,4 10,7

En conclusion, la simulation confort du système de référence dans les 4 configurations permet :

D’une part, valider la méthodologie employée ainsi que la pertinence des critères d’évaluation

retenus. En effet, on retrouve les résultats des pilotes tests1 notamment

la présence d’une borne privée garantissant une recharge par jour est suffisante pour

une utilisation quotidienne du véhicule pour se rendre à son lieu de travail (résultat

configuration A et B).

Dans les configurations A et B, les indicateurs sont déjà au maximum à l’exception du

coût de la recharge. Cela signifie que le système actuel est prêt à recevoir ce type

d’utilisation.

D’autre part, créer de l’information quantitative. En effet, on constate que, dans le cas d’une charge

publique, le critère de confort utilisateur du système est fortement dégradé. Par exemple, le

kilométrage disponible diminue de plus de 35% dans les configurations C et D. On constate néanmoins

que le seuil critique est dépassé 2,5% de la journée.

Enfin, la similarité des résultats entre les configurations C et D (alors que le nombre de bornes a

augmenté par 2) montre que l’augmentation du nombre de bornes ne garantit pas une meilleure

performance globale mais joue assurément sur la durée d’autonomie du véhicule

1 Il s’agit principalement du pilote MiniE qui a mis en œuvre 225 véhicules électriques dont 175 aux USA et

pour lequel nous avons bénéficié de retours sur expérience.

Page 45: Véhicules élec en californie

- 45 -

4) Exemple d’étalonnage des critères de référence : Cas de la configuration C 1 2 3 4 5

Taux de confort Utilisateur

Le nombre de km disponibles en fin de

période (km)

<63 [63-113] [113-139] [139-189] >189

Temps passé sous le seuil critique (h)

>0,75 [0,65-0,75] [0,35-0,65] [0,25-0,35] <0,25

Coût de la charge en fin de journée (€)

>16,5 [14,3-16,5] [7,5-14,3] [7,5-11] <7,5

Indice de Performance (km Dispo/(Coût*(RA+1)))

<5 [5-13] [7-13] [13-15] >15

Faisabilité d'implémentation

Coût des modifications du réseau

[+30% du coût de la maintenance annuelle

du réseau]

[+10% du coût de la maintenance annuelle

du réseau]

Pas de coût [-10% du prix d’une borne]

[-30% du prix d’une borne]

Polyvalence du système

Etendue du périmètre de validité

Locale Régionale Nationale Continentale Mondiale

Coût de l'adaptation géographique de système

[+30% du prix d’une borne]

*+10% du prix d’une borne]

Pas de coût [-10% du prix d’une borne]

[-30% du prix d’une borne]

Rentabilité Diminution de la pollution Augmente considérablement le bilan carbone du système

Augmente le bilan carbone du système

Neutre Réduit le bilan carbone du système

Réduit considérablement le bilan carbone du système

Pérennité Nombre des technos actuelles compatibles

Incompatible avec le spectre de référence très élargi

Incompatible avec le spectre de référence élargi

Compatible avec le spectre utilisateur principal de référence

Compatible avec le spectre de référence élargi

Compatible avec le spectre de référence très élargi

Coût de désinstallation <15% 15-50% 50% 50-75% 75-100%

Compatibilité industriel avec des grands volumes

Très coûteux Peu coûteux Neutre Peu coûteux Insignifiant

Pérennité de la chaine logistique

Incompatible pour une distribution à grande échelle

Processus non robuste pour un grand volume de production

Processus peu robuste pour un grand volume de production

Processus potentiellement robuste pour un grand volume de production

Processus robuste pour un grand volume de production

Indice très faible Indice faible Indice neutre Indice élevé Indice très élevé

Page 46: Véhicules élec en californie

- 46 -

C. Evaluation de la solution Borne intelligente

1) Résultat de la simulation du confort utilisateur : cas de borne intelligente.

Dans le cas de la solution borne intelligente, nous avons effectué la simulation des conditions de

confort utilisateur dans les 4 configurations du système. Les résultats sont indiqués ci-dessous.

Tableau 13: Résultats de la simulation du confort

Configuration A B C D

Cas des bornes simples

Le nombre de km disponibles en fin de

période (km)

190,2 189,8 126,5 128,1

Temps passé sous le seuil critique(h)

0,0 0,0 0,5 0,0

Coût de la charge en fin de journée (€)

12,3 12,6 11,3 12,1

Indice de Performance (km

Dispo/(Coût*(RA+1)))

15,6 15,6 10,4 10,7

Cas des bornes intelligentes

Le nombre de km disponibles en fin de

période (km)

190,0 190,4 126,0 128,0

Temps passé sous le seuil critique (h)

0,1 0,0 0,8 0,0

Coût de la charge en fin de journée (€)

2,5 2,5 2,6 2,5

Indice de Performance (km

Dispo/(Coût*(RA+1)))

76,7 77,4 49,1 52,6

2) Interprétation des résultats de la simulation de confort

Dans le cas de configuration C par exemple, voici une proposition d’interprétation des résultats par

l’histogramme (réévalué par rapport au meilleur score de chaque configuration) des résultats de la

simulation de confort, ci-dessous.

Page 47: Véhicules élec en californie

- 47 -

Figure 18 : Résultat comparé dans la configuration C

Comme on le voit dans le cas de la configuration C (charge publique au domicile une fois par jour) la solution de borne intelligente permet de réduire le coût de la charge journalière en déplaçant la charge hors de la zone de pic. Cependant le pilotage a pour effet néfaste d’augmenter le temps où le véhicule est en-dessous du seuil critique (ce sont les trajets où le conducteur arrive à la maison en-dessous du seuil critique alors que la borne de charge attend d’être hors du pic pour charger)1. On peut finalement constater que l’intelligence de la borne n’apporte rien sur le plan du kilomètre disponible2.

1 Pourquoi ne pas modifier la règle de pilotage pour d’abord charger jusqu’au seuil critique puis attendre d’être

hors du pic ? Le résultat final serait le même puisque le coût de la charge augmenterait proportionnellement 2 Ce résultat est très intéressant car il vient équilibrer les discours qui présentent la borne communicante

comme un indispensable du succès du véhicule électrique

Page 48: Véhicules élec en californie

- 48 -

3) Tableau d’analyse

Ci-dessous, en rouge, les résultats de l’évaluation de la solution de borne de charge intelligente.

1 2 3 4 5

Taux de confort Utilisateur

Le nombre de km disponibles en fin de

période (km)

<63 [63-113] [113-139] [139-189] >189

Temps passé sous le seuil critique (h)

>0,75 [0,65-0,75] [0,35-0,65] [0,25-0,35] <0,25

Coût de la charge en fin de journée (€)

>16,5 [14,3-16,5] [7,5-14,3] [7,5-11] <7,5

Faisabilité d'implémentation

Coût des modifications du réseau

[+30% du coût de la maintenance annuelle

du réseau]

[+10% du coût de la maintenance annuelle

du réseau]

Pas de coût [-10% du prix d’une borne]

[-30% du prix d’une borne]

Polyvalence du système

Etendue du périmètre de validité

Locale Régionale Nationale Continentale Mondiale

Coût de l'adaptation géographique de

système

*+30% du prix d’une borne]

*+10% du prix d’une borne]

Pas de coût [-10% du prix d’une borne]

[-30% du prix d’une borne]

Rentabilité Diminution de la pollution

Augmente considérablement le bilan carbone du système

Augmente le bilan carbone du système

Neutre Réduit le bilan carbone du système

Réduit considérablement le bilan carbone du système

Pérennité Nombre des technos actuelles compatibles

Incompatible avec le spectre de référence très élargi

Incompatible avec le spectre de référence élargi

Compatible avec le spectre utilisateur principal de référence

Compatible avec le spectre de référence élargi

Compatible avec le spectre de référence très élargi

Coût de désinstallation <15% 15-50% 50% 50-75% 75-100%

Compatibilité industriel avec des grands

volumes

Très coûteux Peu coûteux Neutre Peu coûteux Insignifiant

Pérennité de la chaine logistique

Incompatible pour une distribution à grande échelle

Processus non robuste pour un grand volume de production

Processus peu robuste pour un grand volume de production

Processus potentiellement robuste pour un grand volume de production

Processus robuste pour un grand volume de production

Page 49: Véhicules élec en californie

49

4) Conclusion sur la pertinence d’utiliser des bornes intelligentes

Nous avons représenté ci-dessous la cartographie des résultats de la solution borne intelligente contre la

solution de référence dans le cas de la configuration C :

Figure 19 : Score de la solution Borne intelligente (un score élevé signifie une bonne performance)- exemple de la configuration C

La solution des bornes intelligentes apporte un réel avantage en terme de maîtrise de la pollution et

du coût de la charge en déplaçant la charge hors des périodes de pic tout en offrant le même taux de

confort pour l’utilisateur. Par ailleurs cette solution ne soulève pas d’incertitude quand à un déploiement

à grande échelle. Les composants relatifs à l’intelligence sont standards et largement utilisés de nos

jours.

Néanmoins cette modification engendre des coûts relativement importants concernant la modification

des réseaux électriques et la création d’un réseau de données capable de récupérer, analyser et utiliser

cette information. A l’heure où ce rapport est écrit, il n’est pas vraiment possible de mesurer les

éventuels gains apportés par la solution en terme de maintenance des bornes.

Cependant, guidé par cette étude mais en marge de la méthode, on peut démontrer une conséquence

positive d’un système de réservation : la possibilité d’instaurer un critère de priorité dynamique entre les

individus afin de favoriser les plus défavorisés et de jouer sur le brassage statistique pour garder un

confort constant.

s

Page 50: Véhicules élec en californie

50

Ainsi l’emploi de cette technologie est préconisé, principalement dans le cas de configurations

urbaines avec bornes de charge sur la voie publique (Configuration C et D).

D. Conclusion sur la pertinence de la méthode d’analyse après passage au

cas pratique

1) La possibilité de s’affranchir d’un discours marketing peu rigoureux

Après plusieurs mois passés sur la côte Ouest des USA à évoluer dans le milieu des Clean Technologies, il

faut rappeler que, si la Californie est peut être leader dans les véhicules électriques, elle est assurément

leader dans le secteur du marketing technologique. Ainsi la Sillicon Valley regorge de tendances

dominantes, de stars, de révolutions, mais qui trop souvent s’avèrent dans le fond ordinaires voire

inexistantes.

Cette méthode s’est donc inscrite comme une réponse effective à un besoin d’efficacité en matière de

prospection et d’analyse des arguments sur le secteur des véhicules électriques. Elle a permis

également de recentrer les réunions sur le domaine de l’industrialisation et du déploiement à grande

échelle, ce qui a porté ses fruits dans la pratique.

2) Une analyse innovante pour des technologies innovantes

Une grande difficulté dans l’établissement de cette méthode réside dans le fait que l’innovation est par

définition inconnue et en constante évolution. Sans rentrer dans des conceptions sociologiques de

l’innovation, une telle méthode comporte le risque (si elle est trop rigide) d’orienter l’analyste vers des

solutions qui ne sont finalement plus innovantes. C’est pour cela qu’il est préférable de laisser une

forme de liberté à l’analyste au travers de la possibilité de redéfinir pour chaque technologie un cadre

d’analyse : c’est l’environnement ou le système de référence.

La contrepartie d’une telle méthode est évidement la part de travail que nécessite la construction du

système de référence. Etre en mesure de choisir tous les éléments du système afin de construire une

analyse pertinente requiert un niveau d’expertise important de la part de l’analyste. Dans l’état actuel,

cette méthode ne peut malheureusement pas encore être mise entre toutes les mains.

3) Une méthode heuristique

A l’heure où ce rapport est écrit, le nombre de cas traités, en se laissant guider par la méthodologie, est

trop faible pour porter des conclusions sur l’applicabilité de cette analyse à l’ensemble des technologies

relatives au véhicule électrique. Cependant, la démarche mise en œuvre a déjà engendré de nombreuses

réflexions aux seins des équipes qui ont déjà donné naissance au moins à deux résultats :

La prise en compte de la nécessité d’avoir une modélisation fine orientée vers

l’utilisateur final comme outil d’aide à la décision pour l’établissement d’un système de

mobilité électrique. Cette prise de conscience s’est produite après la simplification des

débats engendrée par la réalisation du modèle associé à la méthode d’analyse. Par

Page 51: Véhicules élec en californie

51

ailleurs, les équipes se sont aperçues des vastes champs d’optimisation qu’il restait à

conquérir du côté de l’expérience utilisateur.

Les opportunités technologiques et commerciales à saisir concernant les technologies

de l’information. En effet, cette méthode fait déjà ses preuves pour apporter des

arguments efficaces et intangibles en faveur de ces technologies, or un tel message peut

être vraiment difficile à communiquer dans une entreprise dont ce n’est pas le cœur de

métier.

Page 52: Véhicules élec en californie

52

Travaux cités

1. Assembly Bill 32. counsel, Legislative. 27 Septembre 2006.

2. Alan Baum, Principal, Baum and Associates, LLC and Simon Mui, Ph.D., Scientist, Clean

Vehicles and Fuels, NRDC. The Zero Emission Vehicle Program. 2010.

3. Mark A. Delucchi, Timothy E. Lipman. An analysis of the retail and lifecycle cost of battery-

powered electric vehicles. s.l. : Institue of Transportation Studies, U.C. Davis, 1999.

4. Nathaniel S. Pearre, Willett Kempton, Randall L. Guensler, Vetri V. Elango. Electric vehicles:

How much range is required for a day’s driving? Transportation Research Part C. 2011 йил.

5. Saada, Benjamin. A-t-on vraiment besoin d'infrastructures publiques de charge pour véhicule

électrique ? s.l. : Bulletin Electronique, 2011.

6. Li Zhang, Tim Brown, G. Scott Samuelsen. Fuel reduction and electricity consumption impact

of. Journal of Power Sources. 2011 йил.

7. Energy, Department of. One Million Electric Vehicles By 2015 . 2011.

8. Saada, Benjamin. Edition 2011 de la conférence sur le véhicule rechargeable de San Diego : la

voiture électrique est prête ! s.l. : Bulletin électronique, 2011.

9. T. Deschamps, T. Boeken. The Future of Batteries. s.l. : Bulletins Electroniques, 2010.

10. Grenier, Emmanuel. La simulation probabiliste avec Excel. Revue MODULAD, N°34. 2006

йил.

11. Robert C. Green, Lingfeng Wang, Mansoor Alam. The impact of plug-in hybrid electric

vehicles on distribution networks:. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2010 йил.

Page 53: Véhicules élec en californie

53

Remerciements

Je souhaite remercier Thomas Deschamps, Attaché scientifique, et Pauline Caumon, Attachée

scientifique adjointe, tous deux au Consulat de France à San Francisco. Leur aide précieuse pour la prise

de contacts, la recherche d’information et leur aide à la réflexion m’ont aidé à l’écriture de ce

rapport. J’ai apprécié l’expérience enrichissante que j’ai pu vivre au sein de leur équipe pendant cinq

mois.

Je souhaite aussi remercier tout particulièrement Antoine Aslanidès, Directeur de l’Innovation et

Fabienne Arnoud, Analyste en Innovation, chez EDF à San Francisco.

Enfin, je tiens à remercier Loïc Delaître, Président de la Chaire de Fret urbain FRELON et Professeur de

l’Ecole des Mines de Paris, pour m’avoir guidé dans cette étude et fait partager son expertise en

méthodologie pour l’optimisation du secteur du transport urbain.

Page 54: Véhicules élec en californie

54

Annexes

A. Articles publiés pendant la durée du stage

A-t-on vraiment besoin d'infrastructures publiques de charge pour véhicule électrique ?,

02/05/2011, Benjamin Saada, Bulletin Electronique Etats-Unis 245

Extraits : « Le nombre de projets pilotes augmente à grande vitesse sur la côte ouest et les retours

d'expérience qui les accompagnent également. Ces retours d'expérience apportent leurs lots de

connaissances dont certaines sont parfois contre-intuitives. Le sujet auquel s'intéresse ce bulletin est la

problématique d'installation de bornes de charge pour véhicule électrique dans les lieux publics aux USA.

Le déploiement massif de borne de charge sur le territoire Californien a longtemps été considéré comme

le catalyseur principal des ventes de véhicule électrique. Cependant, depuis quelques mois nous assistons

à la montée d'un contre-courant clamant que l'autonomie des batteries actuelles (100 miles pour une

Nissan Leaf par exemple) est suffisante pour les déplacements journaliers. Ainsi serait-il inutile de se

charger ailleurs que sur le lieu de travail ou le domicile ».

Edition 2011 de la conférence sur le véhicule rechargeable de San Diego : la voiture

électrique est prête !, 08/04/2011, Benjamin Saada, Bulletin Electronique Etats-Unis 243

Extraits : « Jeudi dernier à San Diego se tenait la conférence "PEV Infrastructure USA 2011" [1]

rassemblant les acteurs principaux du véhicule électrique sur la cote ouest américaine. On pouvait y

écouter les analystes de Frost & Sullivan, des chefs de projet de grandes marques automobiles, des

producteurs d'électricité, des fabricants de bornes de recharge et des prestataires de services liés au

déploiement du véhicule électrique. »

Page 55: Véhicules élec en californie

55

B. Liste des visites réalisées pendant la mission

1) Forum/Conférence

Electric Vehicle USA 2011 (San Diego)

Smart Grid Electric Vehicle (San Francisco)

2) Producteur d’électricité

Sacramento Municipal Utility District (Sacramento)

3) Recherche

Electric Power Research Institute (Palo Alto)

Laurence Berkeley National Laboratory (Berkeley)

4) Organisme public

Credit Vehicle Rebate Program (San Francisco)

California Air Ressource Board (San Francisco)

5) Société

Recyclage :

o San Francisco Wastewater treatment Plant (San Francisco)

Stations de charge :

o Aerovironment (San Francisco)

o Coulombs Technologies (San Francisco)

o Ecotality (San Francisco)

o Plugshare (San Francisco)

o HaloIpt (San Francisco)

o Sunlogics (San Francisco)

Investissement :

o Khosla Ventures (Palo Alto)

Page 56: Véhicules élec en californie

56

C. Liste des technologies utilisées dans la méthode d’analyse

Technologie Compatibilité (O/N)

Batterie

Lithium-Ion

Lithium-Polymère

Lithium-Air

Ion-Polymère

Super Condensateur

Chargeur

Induction

Charge Rapide

Communication

Zigbee v1

ZigBee v2

3G

4G

CPL

CPL 2.0

Smart Grid

Smart meter

Vehicle 2 Grid

Page 57: Véhicules élec en californie

57

D. Liste des entrées du modèle de simulation du confort

1) Paramètre de simulation

2) Paramètre de trajet

Gaussienne d’espérance le trajet moyen et de variabilité 10

Page 58: Véhicules élec en californie

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E. Validation de la méthode statistique : Démonstration du phénomène de

foisonnement

La méthode utilisée est validée par la cohérence des résultats avec les résultats de projet pilotes et les

avis d’experts recueillis pendant le développement. Cependant, au cours des simulations nous avons

découvert l’application d’un résultat statistique intéressant le phénomène de foisonnement.

Démonstration pas à pas de ce résultat :

L’expérience de charge peut se représenter comme un tirage aléatoire à chaque trajet.

Le trajet étant modélisé par un tirage aléatoire sur une gaussienne.

Une répartition de station de charge publique avec une densité locale de 0,9 signifie que

le conducteur a 9 chances sur 10 de se brancher à une station de charge en arrivant.

(Hypothèse où l’ordre d’arrivée est purement aléatoire et donc n’intervient pas dans le

calcul). Ainsi nous pouvons représenter la loi de probabilité de l’autonomie des batteries

de tous les véhicules :

Par conséquent, on trouve comme premier résultat que le système est statistiquement

viable dans la mesure où à chaque tour, au moins 10% des individus peuvent se

permettre de ne pas charger. Dans la pratique, cette viabilité statistique ne s’avère

possible que si les 10% des individus les plus défavorisés ont une priorité pour se

charger32.

32

L’utilisateur remarquera que cette priorité peut être facilement mise en pratique par un système de réservation payant. Du fait du paiement, on peut supposer que seuls les utilisateurs qui en ont le plus besoin auront recours à la réservation et auront donc prioritairement accès aux bornes.

Page 59: Véhicules élec en californie

59

De la même manière on peut représenter la distribution des kilomètres rechargés lors

d’un arrêt à une borne de charge : 1 fois sur 10, on ne charge pas et 9 fois sur 10 on

recharge l’intégralité du trajet qui vient d’être parcouru. On a donc une loi d’espérance :

où L est l’espérance du trajet et d’écart type

où E est l’espérance et

SIGMA l’écart type de la loi normale centrée du trajet

Ainsi la théorie des grands nombres nous dit que la somme des tirages de cette loi tend

vers une loi normale de même écart type et de même variance. Ainsi avec un très grand

nombre de tirages on ajoute des pieds à la Gaussienne précédente.

Ce brassage statistique va permettre d’augmenter le nombre de personnes qui seront

satisfaites par la densité des bornes.

On peut constater le résultat sur la courbe ci-dessous représentant la répartition du

confort moyen sur 10,000 simulations de 4 tirages chacun. Comme on peut le constater

on obtient 500 trajets satisfaisants (entourés en rouge) qui sont dûs à cet effet de

foisonnement.

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60

F. Explications détaillées du modèle de confort sur les configurations de

références B, C et D

Configuration B : Charge privée au domicile et sur le lieu de travail

Dans le cadre de la configuration B, le trajet typique est présenté par la figure ci-dessous :

Figure 20 : Déroulement du scénario utilisation avec système de référence en configuration B

Les résultats en fin de période sont :

Tableau 14 : Résultats indicateurs de confort, système de référence en configuration B

Le nombre de kilomètres disponibles en fin de période (km)

190,0

Temps passé sous le seuil critique (h) 0,0

Coût de la charge en fin de journée (€) 12,6

Indice de Performance (km Dispo/(Coût*(RA+1))) 15,1

Le système de référence dans cette configuration n’apporte aucune modification par rapport à la

configuration A. Si une borne est disponible sur le lieu de travail, cela décale une partie de la charge à la

maison. Cependant, les charges ont, de toutes façons, lieu pendant les heures de pic.

Configuration C : Charge publique au domicile

Dans le cadre de la configuration C, un trajet typique est présenté par la figure ci-dessous :

Figure 21 : Trajet typique sur 2 jours avec probabilité (0,8 bornes par voiture) de branchement lors du retour au domicile

Page 61: Véhicules élec en californie

61

Les résultats en fin de période après traitement statistique33 sont:

Tableau 15 : Résultats indicateurs de confort, système de référence en configuration C

Le nombre de km disponibles en fin de période (km) 128,7

Temps passé sous le seuil critique (h) 0,6

Coût de la charge en fin de journée (€) 11,5

Indice de Performance (km Dispo/(Coût*(RA+1))) 10,0

Le système de référence dans cette configuration apporte logiquement moins de kilomètres disponibles

puisque la charge au domicile n’a pas lieu systématiquement. La durée pendant laquelle le conducteur

est en situation d’inconfort augmente également. Néanmoins, étant donné que l’on charge moins

souvent, le coût journalier de la charge diminue également. Finalement, le système dans cette

configuration est moins performant que dans les configurations certaines de type A et de type B.

Configuration D : Charge publique au domicile et sur le lieu de travail

Dans le cadre de la configuration D, un trajet typique est présenté par la figure ci-dessous :

Figure 22 : Trajet typique sur 2 jours avec probabilité (1,8 bornes par voiture) de branchement au domicile et au travail

Les résultats en fin de période sont après traitement statistique34:

Tableau 16 : Résultats indicateurs de confort, système de référence en configuration D

Le nombre de km disponibles en fin de période (km) 128,1469353

Temps passé sous le seuil critique (h) 0,018248175

Coût de la charge en fin de journée (€) 12,1559754

Indice de Performance (km Dispo/(Coût*(RA+1))) 10,46815252

On retrouve un kilométrage disponible constant par rapport à la configuration C, ce qui est logique

compte tenu que la densité de borne est constante. En revanche, l’augmentation du nombre de

branchements possibles améliore le brassage statistique et permet de lutter très efficacement contre le

33

Voir annexe Traitement statistique et méthode de calcul 34

Voir annexe Traitement statistique et méthode de calcul

Page 62: Véhicules élec en californie

62

dépassement du seuil critique. Finalement, l’indice de performance gagne 5% par rapport à la

configuration C.

G. Description complète du système de mobilité électrique Pour des raisons de simplification, est reporté en annexe une description détaillée du système de

mobilité électrique prenant notamment en compte les interfaces de communication.

3) 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 23 : Modélisation schématique d'un 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

Vers Réseau de donné Vers Borne

de ChargeVers Borne de Charge

Flux d’énergie

Flux de donnée

Flux électronique

Page 63: Véhicules élec en californie

63

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

Figure 24 : Modélisation schématique d'une 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

Flux d’énergie

Flux de donnée

Flux électronique

Vers réseau de donné

Vers véhiculeélectrique

Vers véhicule électrique

Vers réseauélectrique

Vers réseau électrique

Page 64: Véhicules élec en californie

64

Figure 25 : Représentation schématique du réseau électrique

Le réseau de données : 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

essentiellement d’émettre 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

Flux d’énergie

Flux de donnée

Flux électronique

Vers réseau de donné

Vers un centre deproduction d’électricité

Vers borne de charge

Vers borne de charge

Page 65: Véhicules élec en californie

65

Figure 26 : Représentation schématique d'un réseau de données

4) 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)

Les flux de prestations : ce sont les flux monétisés qui interviennent dans le système.

Ces flux conditionnent essentiellement les risques encourus par les acteurs du véhicule

électrique et leurs perspectives de rentabilité.

Flux de donnée

Vers réseau de donné

Vers un centre deproduction d’électricité

Vers borne de charge

Vers véhicule électrique

Page 66: Véhicules élec en californie

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5) Représentation Schématique

Figure 27 : Représentation Schématique du système mobilité électrique

Flux d’énergie

Flux de donnée

Flux électronique