Même si l’on dispose d’une quantité suffisante d’énergie renouvelable, le simple fait de passer des voitures à essence aux véhicules électriques (VE) ne suffira pas à lutter contre le changement climatique, à moins que les États-Unis ne modernisent également leur réseau de transport d’électricité, selon une nouvelle étude de l’université Northwestern.
Si tous les véhicules à essence des États-Unis étaient remplacés par des VE, les contraintes liées au transport d’électricité empêcheraient l’électricité la plus propre disponible d’atteindre de nombreux points de recharge. Cette « congestion du réseau » obligerait à recourir davantage aux centrales à combustibles fossiles situées à proximité, ce qui réduirait les avantages de l’électrification en termes d’émissions.
Après avoir identifié le problème, l’étude recommande également une série de mises à niveau ciblées du réseau de transport d’électricité afin de réduire la congestion et de libérer tout le potentiel de réduction des émissions lié à l’adoption des VE.
« Même si les États-Unis adoptent pleinement les véhicules électriques et produisent suffisamment d’électricité renouvelable pour les recharger, cela ne suffira pas », a déclaré Adilson Motter, de Northwestern, qui a dirigé l’étude. « Nous avons constaté que le facteur limitant pour les voitures alimentées par des énergies propres est moins lié à la disponibilité des énergies renouvelables qu’à la capacité de transporter cette énergie des sites de production vers les lieux où elle est nécessaire. Les lignes électriques sont saturées, ce qui entraîne des émissions de CO2 induites par la congestion. »
Le réseau électrique est un obstacle
À l’instar d’un réseau autoroutier, le réseau électrique est une vaste infrastructure qui achemine l’électricité à travers les États-Unis. Après avoir été produite dans des centrales, l’électricité parcourt de longues distances via des lignes de transport à haute tension qui couvrent des États et des régions entiers. Elle atteint ensuite des sous-stations, où sa tension est réduite. L’électricité circule ensuite via des lignes de distribution vers les foyers, les entreprises et les stations de recharge pour véhicules électriques.
Pour analyser le parcours de l’électricité à travers les lignes électriques, les chercheurs ont combiné des données sur l’utilisation des véhicules et l’infrastructure du réseau électrique. À l’aide de modèles informatiques avancés, l’équipe a simulé le flux d’électricité à travers les États-Unis en fonction de différents niveaux d’électrification des véhicules et de production d’énergie renouvelable.
Dans tous les scénarios où l’adoption des véhicules électriques était élevée, la congestion du réseau est apparue comme un goulot d’étranglement critique.
À mesure que l’adoption des véhicules électriques augmente, la demande en électricité augmente également, en particulier dans les zones urbaines. Mais les sources d’énergie renouvelables telles que l’éolien et le solaire sont généralement situées loin des villes, par exemple dans des parcs éoliens ruraux ou des centrales solaires dans le désert. Bien que l’énergie propre soit disponible, la capacité de transport est souvent trop limitée pour l’acheminer là où elle est nécessaire, notamment vers les stations de recharge pour véhicules électriques. En conséquence, le réseau puise l’électricité dans des centrales plus proches, mais plus polluantes, qui produisent de l’électricité en brûlant du charbon, du pétrole et du gaz.
Dans la simulation la plus ambitieuse de l’étude, les scientifiques ont converti l’ensemble du parc automobile américain à l’électricité. Si le réseau disposait d’une capacité de transport suffisante, ce changement pourrait éliminer la quasi-totalité des émissions de CO2 liées aux véhicules dès lors que la production d’énergie renouvelable égalerait celle des énergies non renouvelables. Mais, compte tenu des contraintes actuelles du réseau, un tiers de ces économies potentielles d’émissions serait perdu.
« Le calendrier de recharge des véhicules électriques peut être optimisé pour s’aligner sur la production intermittente d’énergie renouvelable », a précisé M. Motter. « Mais même avec une recharge intelligente, l’utilisation efficace de l’énergie propre dépend toujours d’une capacité de transport suffisante pour l’acheminer là où elle est nécessaire. »
Des mises à niveau intelligentes et ciblées
Pour remédier à ce goulot d’étranglement, les chercheurs ont calculé la capacité de transport supplémentaire nécessaire. Ils ont constaté qu’une augmentation de seulement 3 à 13 % de la capacité de transport du réseau existant permettrait de réduire considérablement la congestion. Cela pourrait impliquer la construction de nouvelles lignes à haute tension ou l’extension des lignes existantes, afin de permettre à davantage d’énergie propre provenant de parcs éoliens et solaires éloignés d’atteindre les villes et les banlieues où la demande en recharge de véhicules électriques est la plus forte.
M. Motter souligne qu’il n’est pas nécessaire de reconstruire l’ensemble du réseau. Il recommande plutôt des mises à niveau ciblées dans les zones où les congestions sont les plus susceptibles de se produire. Le réseau américain est divisé en trois régions largement indépendantes (l’Est, l’Ouest et le Texas) dont la capacité de transfert d’électricité entre elles est limitée. L’amélioration des connexions et de la coordination entre les régions permettrait à l’énergie propre d’atteindre les zones qui en ont le plus besoin.
« Les réseaux électriques ont commencé comme des réseaux locaux, où la consommation était proche de la production », ajoute M. Motter. « Au fil du temps, ils ont évolué pour devenir des systèmes nationaux, voire continentaux. Il s’agissait d’un processus de croissance progressive basé sur les infrastructures existantes. Personne ne souhaite le repenser entièrement, mais nous avons besoin de mises à niveau ciblées qui reflètent la portée à grande échelle du réseau actuel. »
L’étude intitulée « Grid congestion stymies climate benefit from U.S. vehicle electrification » (La congestion du réseau électrique entrave les avantages climatiques de l’électrification des véhicules aux États-Unis) a été soutenue par Leslie et Mac McQuown par l’intermédiaire du Center for Engineering Sustainability and Resilience, d’un prix Resnick décerné par le Paula M. Trienens Institute for Sustainability and Energy et de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine.
Expert en systèmes complexes, M. Motter est professeur de physique Charles E. et Emma H. Morrison au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern et directeur du Center for Network Dynamics. M. Motter a mené cette recherche avec Chao Duan, ancien professeur assistant de recherche à Northwestern.
Article : « Grid congestion stymies climate benefit from U.S. vehicle electrification » – DOI : 10.1038/s41467-025-61976-8
