Les EDPM sont-ils écologiques ?

On analyse souvent l’impact écologique d’un produit à travers son usage, mais il ne faut jamais oublier les cycles de production et de recyclage qui constituent ce que l’on nomme l’analyse du cycle de vie (ACV).

Alors … un EDPM, est-ce écologique ou non ? (NDLR : EDPM = engin personnel de déplacement motorisé, c’est-à-dire trottinette électrique, gyroroue, skateboard électrique, gyropode …)

Pour rappel, 800.000 personnes en Europe meurent prématurément en raison de la pollution atmosphérique (source : academic).

Nous allons donc essayer de décrypter toutes les sources de pollutions des EDPM et présenter un bilan.

Notre étude se base sur une trottinette très connue et répandue : la Xiaomi M365.

Pour ceux qui ne souhaitent pas tout lire, le bilan donne 29,3 g de CO2 par km.

1. La production

Un EDPM est constitué de pièces mécaniques en aluminium, acier et plastique, de cartes électroniques de taille assez réduites, de pneus en caoutchouc et d’une batterie à base de Lithium et de Cobalt (et d’autres composants chimiques en fonction de la technologie utilisée par la batterie).

Une trottinette électrique est typiquement composée d’une centaine de pièces. Une mono-roue, ou un skate électrique, encore moins.

1.1. La production de la batterie

Un des éléments polluants des EDPM réside dans la batterie composée notamment de lithium et cobalt. Pour 1kWh de batterie, il faut environ 110 gr de Lithium et 200gr de Cobalt (quantités variables selon les technologies utilisées).

Si on prend le cas d’une Xiaomi M365 (7800 mAh – 36V), elle délivre 281Wh. Si l’on veut comparer à quelque chose de plus connu comme un smartphone, c’est l’équivalent de 18 batteries de Samsung Galaxy S10 Plus (4100mAh – 3,7V). En branchant 18 smartphones, vous pourrez donc avancer sur environ 40 kilomètres…

En terme de consommation des ressources une batterie de 281Wh, nécessite environ, 31gr de Lithium et 56gr de Cobalt.

Une trottinette électrique émet 83 fois moins de CO2 pour sa production qu’une voiture électrique. 

La production pose deux soucis : le procédé d’extraction de ces composés est assez sale, et la transformation de ces produits pour en faire une batterie consomme de l’énergie.

Selon Lisbeth Dahllöf, chercheur à l’IVL, il faut compter sur une émission de 150 à 200kg de CO2 pour 1kWh de batterie. Soit de 42 à 56 kg de CO2 pour une batterie de notre trottinette utilisée en exemple.

Nous ne possédons pas d’études qui actuellement détaillent le bilan carbone d’une trottinette électrique. En faisant une estimation qui possède de nombreuses limites, on peut comparer au bilan produit par l’ADEME pour les voitures électriques. En utilisant cette étude, on obtient 37 kg de CO2 pour notre batterie de trottinette. Ce qui n’est pas très loin des valeurs de Lisbeth Dahllöf. Les différences peuvent s’expliquer par les mix énergétiques différents entre l’Allemagne et la France. En appliquant le même principe de proportionnalité (voiture/trottinette), une voiture VL pèse environ 1,5 tonne et notre trottinette 17,5kg. La fabrication d’une trottinette émettrait donc de moins 80 kg de CO2-eq (batterie incluse). A comparer avec les 6,6 t.CO2-eq nécessaire pour une voiture électrique, soit 83 fois plus.  La fabrication d’une voiture thermique produit 3,7 t.CO2-eq. (l’essentiel du bilan carbone d’une voiture thermique résulte de sa consommation de combustibles fossiles).

Nous retenons le chiffre de 37 kg-CO2-eq basé sur le calcul de l’ADEME.

1.2. Production des autres pièces

Nous nous basons sur l’étude de Joseph Hollingsworth pour déterminer le poids des pièces:

• cadre aluminium : 6.0 kg
• pièces acier : 1.4 kg
• moteur électrique : 1.2 kg
• pneu : 0.83 kg

En nous basant sur les travaux de l’ADEME et de ScienceDirect, voici le coût CO2 pour les principales pièces :

• cadre aluminium (avec 24% d’aluminium recyclé) :
  • 6.0 kg * 76% * 9 tonnes CO2-eq par tonne d’alu =41,04 kg-CO2-eq
  • 6.0 kg * 24 % * 515 kg CO2-eq par tonne d’alu = 0,74 kg-CO2-eq
• pièces acier : 1.4 kg * 3,190 tonnes CO2-eq par tonne  = 4,46 kg-CO2-eq
• pneu : 0.83 kg * 2,550 tonnes CO2-eq par tonne = 2,11 kg-CO2-eq
• moteur électrique : 1.2 kg * 1179 kg-CO2-eq pour 113.3 kg = 12,48 kg-CO2-eq

Pour les autres éléments, nous nous baserons sur les chiffres de l’étude de  Joseph Hollingsworth ( et plus particulièrement du tableau de décomposition ) :

• Divers composants : 5,8 kg-CO2-eq
• Plastiques :4,4 kg-CO2-eq
• Chargeur : 4,8 kg-CO2-eq
• Circuits électroniques : 9,3 kg-CO2-eq
• Assemblage : 8,8 kg-CO2-eq
• Autre : 6,4 kg-CO2-eq

Soit, un total de 100,35 kg-CO2-eq.

2. Le transport

Les trottinettes électriques sont, pour la grande majorité, produites en Chine. La région de Shenzhen concentre la plus grosse partie des productions de matériels à base d’électronique. Le site de production des trottinettes Xiaomi n’est pas connu, nous allons donc considérer que les trottinettes sont produites à Shenzhen.

2.1. Transport maritime

Le transport des trottinettes de Shenzen vers l’Europe peut être réalisé de 2 façons différents : par voie maritime ou par le train (l’avion est exclu car les grosses batteries lithium n’ont pas le droit de prendre l’avion). Pour les transports des très grosses importations, la voie maritime est souvent celle choisie car plus économique.

Le plus gros port d’Europe est Anvers (Belgique), nous allons considérer que les trottinettes arriveront par bateau dans ce port.

Le site searoute donne une distance de 17421 kms entre Shenzen et Anvers.

Le site de l’ADEME donne 13,4 g CO2 / t.km pour un porte container de type “Porte-conteneurs – De 3 850 à 7 499 EVP”

La trottinette, emballée, pèse 17.5 kg (source).

Nous arrivons donc au calcul :

13,4 / 1000 * 17.5 * 17421 = 4085 g, soit 4,08 kg de CO2-eq.

2.2. Transport routier

La dernière tranche de transport entre le port et le site de distribution est réalisée par camion. Nous allons considérer pour notre exemple, une livraison directe dans un entrepôt en région parisienne à Rungis.

Le trajet est de 366km.

Le site de l’ADEME donne 91,6 g CO2 / t.km pour un camion de type “Ensemble articulé 40 tonnes PTRA – Porte-conteneur – Gazole routier

Nous arrivons donc au calcul :

91,6 / 1000 * 366 * 17,5 = 586 g de CO2-eq.

2.3. Coût global du transport

Le coût CO2 du transport complet est donc de : 4,66 kg de CO2-eq

3. L’utilisation

La trottinette utilisée dans cet article consomme 1.1 kWh par 100km (source tuxboard.com) ce qui fait compte tenu du mix énergétique Français pour la production électrique une émission de 91 gr.CO2-eq par 100 km en France. A titre de comparaison, en Allemagne l’émission serait de 699 gr.CO2-eq par 100km.

L’analyse globale nécessiterait de connaître la durée de vie d’une trottinette électrique. Une batterie Lithium-ion telle que celle utilisée de manière générale est donnée pour 300 à 500 cycles de charge-décharges complets. Ce qui fait de 9000 à 15000 km, mais ces chiffres doivent être pris avec précautions car la durée de vie dépend fortement des pratiques d’usage, des conditions climatiques et des modalités de recharge.

Ainsi l’usage d’un véhicule sera d’autant plus écologique que le mix énergétique de la production électrique l’est.

Si on considère qu’un utilisateur moyen de trottinette parcours quotidiennement de 5 à 10 km/jours (source LaDépeche.fr), on obtient une durée de vie de la batterie de trottinette entre 2.5 ans et 8 ans selon l’usage quotidien et les modalités de recharge.

Avec une utilisation de 5000 kms, on arrive au calcul suivant :

5000 * 91 / 100 = 4550g, soit 4,55 kg CO2-eq pour 5000kms

* taux moyen de 111 gr par km en 2018 (source)

4. Le recyclage

En Europe, le recyclage est imposé pour les batteries au lithium (directive directive 2006/66/CE), avec un minima de 50% de produits recyclés.

Les industriels français disposent de techniques permettant de recycler 75% de la batterie (source : actu-environnement). Le traitement de ces batteries permet de produire des précurseurs de matériaux utilisés dans les cathodes des futures batteries.

Le recyclage des batteries des véhicules électriques pourrait contribuer à environ 10 % des besoins de l’UE en cobalt en 2030. (source : la croix)

Petit problème, le cours des matières premiers servant aux batteries a plutôt tendance à chuter, ce qui rend moins intéressant le recyclage actuellement.

Il existe une alternative au recyclage des métaux contenus dans les batteries, c’est la réutilisation des cellules de batteries pour du stockage d’électricité stationnaires pour le développement des smart grids (réseaux électriques intelligents) utile aux énergies renouvelables.

5. Bilan du cycle complet

Sur le cycle de vie complet, voici donc l’ensemble des chiffres :

• production hors batterie : 100,35 kg.CO2-eq​
• production batterie : 37 kg.CO2-eq​
• transport : 4,66 kg.CO2-eq​
• utilisation : 4,55 kg.CO2-eq
• recyclage : déjà pris en compte dans la production

Soit, un total de 146,56 kg.CO2-eq, pour 5000 kms.

Plus lisible : 29,3 g CO2 par km !

Notre analyse écologique montre un bilan très positif si l’engin est utilisé sur une période assez longue (5000 kms pour notre étude) :

• Pas de rejet de CO2 sur les sites d’utilisation;
• Pas de rejet de particules fines, NOx, ou COV;
• Un poids léger permettant une consommation minimale d’énergie;
• Une analyse du cycle de vie montrant une consommation bien inférieure à la voiture ou au scooter.

Pour diminuer encore plus l’empreinte écologique, il reste à améliorer les procédés d’extraction et de fabrication, et favoriser le recyclage, …

Cette étude pourrait être faite avec les autres EDPM, mono-roue, gyropodes, skateboards électriques. Ils se montreraient certainement encore plus écologiques car la mono-roue, par exemple, comporte encore moins de composants et sa durabilité est plus longue (NDLR: nous avons des retours de plusieurs utilisateurs avec plus de 10000 kms au compteur).

6. Comparaison aux autres types de transports

Si l’on compare notre Xiaomi M365 aux autres moyens de transport français, voici les résultats :

source : ADEME

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Les composants des batteries

La polution ne s’exprime pas que par des émanations de CO2, mais aussi dans certains rejets et certaines dégradations de l’environnement.

Extraction du lithium

L’extraction du lithium a un impact environnemental important. En effet, le procédé d’extraction consiste à :

• • • pomper la saumure présente dans le sous-sol des lacs salés ;
    • augmenter la concentration de la saumure par évaporation ;
    • purifier et traiter la saumure au chlore afin d’obtenir le carbonate de lithium (Li2CO3) pur à 99 % ;
    • effectuer la calcination du carbonate pour obtenir l’oxyde Li2O.
    • pour pomper la saumure, on a besoin de carburant ; puis, l’évaporation nécessite de larges espaces de salins ; enfin, la calcination du carbonate de lithium libère du CO2.

Pour en revenir aux contaminations, les populations locales, aux abords des sites d’extraction, sont affectées par la contamination de leurs sols, et des maladies se sont développées autour de ces sites.

Comme toujours, les techniques évoluent et certaines innovations permettent, par exemple, d’obtenir de l’eau douce sans employer de produits chimiques nocifs et ne nécessitent pas de pomper de grandes quantités d’eau pour la récupération de ce métal.

D’autres recherches seront cependant nécessaires afin de rendre ce procédé écologique utilisable à grande échelle et ainsi réduire considérablement l’impact environnemental des batteries lithium-ion.

sources: wikipedia et green-innovation

Extraction du cobalt

60 % de la production mondiale provient du sud de la République démocratique du Congo, principalement dans la région de Kolwezi.

Il est extrait à même le sol, à de faibles profondeurs, mais les conditions de travail sont difficiles.

L’extraction est elle aussi polluante et provoque des maladies.

De nombreuses ONG surveillent les filières d’approvisionnement et font pressions sur les industriels pour les responsabiliser. Des grandes entreprises comme Apple commencent à citer leurs sources d’approvisionnement pour mettre en avant le respect des contraintes sanitaires et la responsabilité des fournisseurs.

sources: wikipedia et lepoint

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Le cas particulier du free-floating

Vous avez certainement entendu parler des problèmes écologiques du free-floatting comme le rechargement sur des groupes électrogènes, les destructions volontaires, la durée de vie de 28j ou la collecte des trottinettes par les juicers.

Il convient de rappeler que 1 million d’engins à moteurs électriques (trottinettes, gyroroues, gyropodes, eSkates, hoverboards) sont actuellement en circulation du fait d’utilisateurs propriétaires sur tout le territoire français (avec plus de 400.000 trottinettes vendues depuis 2017), contre environ 30.000 trottinettes en libre service (free-floating). Elles ne sont donc pas majoritaires.

Recharge sur groupe électrogène

La recharge sur groupe électrogène existe belle est bien (quelques photos sur Twitter), mais elle reste un phénomène marginal.

Destruction volontaire

Pour les destructions, difficile de résister aux simples d’esprit qui s’adonnent à ce types de pratique (NDLR : ça n’arrêtera pas l’opérateur de free-floating et ne fait qu’amplifier la pollution).

Durée de vie

La durée de vie est un problème plus conséquent, souvent lié au problèmes de dégradations ou destructions volontaires. Comme on a pu le voir ci-dessus, il faut que les batteries soient le plus utilisées possible pour réduire au maximum l’impact écologique. Hors, les trottinettes de 1ere génération mises à dispositions par les loueurs étaient des modèles grand public modifiés pour faire de la location. Le résultat : une durée de vie de 28j avec en moyenne 227kms … (source : lesnumeriques pour une étude réalisée fin 2018)

Le seuil de rentabilité des loueurs n’étant même pas atteint, les loueurs ont vite réagit en créant des modèles dédiés à la location.

Les opérateurs ont ensuite lancé les trottinettes de 2eme génération qui sont prévues pour durer 4 mois.

Ils en sont maintenant à la 3eme génération. Bird annonce par exemple avoir conçu ses nouvelles trottinettes pour résister au moins 10 mois.

Les opérateurs travaillent aussi sur la réparabilité des produits pour allonger de leur durée de vie. Certains internalisent la réparation pour une meilleure gestion de leur flotte d’engins (Dott par exemple).

La collecte pour le rechargement

Autre problème du free-floating, les juicers ou employés effectuent des trajets pour pour venir collecter les trottinettes vides et les redéposer une fois chargées. Actuellement, ils doivent transporter l’ensemble de la trottinette dans des véhicules assez grand pour accueillir 10 à 30 trottinettes. Ces véhicules sont souvent équipés de moteurs thermiques, donc polluants. Les sociétés de free-floating travaillent sur ce sujet avec 3 solutions différentes :

• soit pour offrir des bases de recharges sur le territoire (we-trott par exemple)
• soit pour mettre en place des batteries extractibles et une collecte par vélo cargo (VOI par exemple)
• soit avec une flotte de véhicules électriques (VOI par exemple)

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