François Lévêque
La chine veut standardiser davantage les vehicules electriques
David W Cerny
Il y a encore 10 ans le moteur thermique semblait une citadelle imprenable. Non pas faute d'initiatives de constructeurs en place à l'instar de GM dans les véhicules 100 % électriques, Toyota dans les hybrides ou Daimler dans l'hydrogène. Ou encore d'initiatives de nouveaux entrants, comme Tesla, bien sûr, et son modèle de voiture de sport. Mais elles semblaient alors impuissantes à enclencher l'adoption massive de véhicules électriques. Ce n'est plus le cas aujourd'hui.
L'analyse économique de la compétition technologique a décrit et modélisé les effets de verrouillage dont bénéficie progressivement, puis irréversiblement, une solution sur une autre (voir appendice). C'est l'histoire du clavier AZERTY que tout le monde utilise pour écrire. C'est aussi celle du véhicule à essence qui s'est imposé contre le véhicule électrique au début du vingtième siècle (voir ma chronique précédente). Mais comment sortir d'une situation ainsi verrouillée ?
Le problème apparaît d'abord sans solution. Les véhicules électriques sont tellement moins performants et plus coûteux que les véhicules conventionnels que leur adoption massive semble hors de portée. D'un côté, une technologie automobile qui a bénéficié d'améliorations continues depuis un siècle réduisant le coût et augmentant la qualité des véhicules, sans parler du développement de services complémentaires bien commodes (garage, station-service, etc.) ; d'un autre, une technologie qui ne permet de parcourir d'une traite que quelques centaines de kilomètres et qui nécessite de patienter une trentaine de minutes avant de pouvoir repartir, sa batterie partiellement rechargée.
En moyenne, les automobilistes qu'ils soient allemands, français ou suédois parcourent une cinquantaine de kilomètres les jours où ils prennent leur voiture. Une distance donc bien inférieure à la limite des batteries. D'où vient alors l'anxiété de l'autonomie, une formule aujourd'hui consacrée dans le milieu automobile, qui laisse presque croire à un trouble mental ?
Pourtant ce qui importe bien naturellement pour chacun d'entre nous, c'est la distribution et ses pics et non la moyenne. Quelques jours dans l'année nous parcourons de longues distances avec notre voiture. Équipée d'un moteur thermique, elle nous sert aussi bien en ville que sur l'autoroute des vacances. Dès lors pas étonnant que, toutes choses égales par ailleurs, une voiture d'une autonomie de 100 miles (160,9 km) devrait être 60 % moins cher qu'un véhicule thermique pour être adoptée.
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De plus, quelques minutes suffisent pour faire le plein du réservoir. Ce qui n'est pas le cas de la voiture électrique. Prenons la Ford Focus qui dispose d'une autonomie d'environ 200 km, il faut compter 5,5 heures pour la charger avec une prise du genre de celles pour les machines à laver, 30 minutes à une borne spéciale et, si tout va bien, dans quelques années une dizaine de minutes grâce à des installations plus puissantes.
Pour le modèle S de Tesla d'une autonomie de 600 km, compter 20 minutes pour une charge permettant de parcourir 300 km de plus. Tout cela, à condition bien sûr de trouver ces stations de recharges « rapides » en cas de besoin, ce qui suppose un réseau incomparablement plus étoffé que celui d'aujourd'hui.
Sans surprise, la faible autonomie et le temps de charge des batteries arrivent en tête des facteurs qui influencent l'adoption, ou plutôt la non-adoption, du véhicule électrique. Ce résultat ressort de plus de mille articles académiques (1846 selon trois auteurs chinois), d'une cinquantaine d'études quantitatives menées un peu partout dans le monde (en France mais aussi en Malaisie ou en Australie) et s'intéressant à une foule d'autres facteurs comme l'étendue de la gamme de véhicules électriques, la conscience environnementale, les habitudes de conduite, ou encore l'attachement aux symboles et aux modes.
Sans surprise également le prix plus élevé du véhicule à l'achat dresse un obstacle dirimant à son adoption. De même si on considère le coût complet du véhicule, c'est-à-dire tenant compte des dépenses d'usages (entretien, réparation, énergie). Elles sont plus faibles pour la voiture électrique mais ce gain ne rattrape pas l'écart de prix négatif qui le sépare à l'achat d'un véhicule conventionnel (sauf si le véhicule roule près de 100 km par jour). Cet écart de prix relatif apparaît loin devant toutes les autres variables d'adoption dans la détermination économétrique de la part de marché du véhicule électrique.
L'écart de prix est évidemment encore plus grand lorsque les performances du véhicule électrique se rapprochent de celles du véhicule thermique. Le modèle S de Tesla offre une grande autonomie mais c'est le plus cher du marché. Les modèles disposant à la fois d'un moteur thermique et d'un moteur électrique rechargeable contournent l'anxiété de l'autonomie et le traumatisme du temps de recharge mais ils sont forcément beaucoup plus onéreux.
Intrinsèquement ces véhicules hybrides ne peuvent être massivement adoptés. Comme les véhicules électriques de haut de gamme, ils sont cantonnés à des niches. Ils ne peuvent conquérir que des consommateurs accordant une valeur très forte aux performances environnementales et au luxe.
Comment dès lors oser pronostiquer une adoption massive future quasi-inexorable du véhicule électrique ?
Rappelons d'abord (comme vous l'avez vu la semaine dernière dans cette chronique) qu'une technologie n'a pas besoin d'être plus performante pour être adoptée mais que c'est parce qu'elle est de plus en plus adoptée qu'elle devient performante. Et bien justement, une adoption croissante du véhicule électrique peut être pronostiquée. Deux raisons se conjuguent : les politiques publiques et les stratégies et anticipations des entreprises de l'automobile.
Au début du siècle dernier, le moteur thermique a emporté la compétition technologique contre le moteur électrique par les seuls moyens de ses promoteurs. Les autorités publiques n'ont pas joué initialement un rôle prépondérant dans la bataille en soutenant l'une ou l'autre technologie. Sur le plan local, leur préoccupation n'était pas d'arbitrer entre les performances des deux types de motorisation mais de se débarrasser des nuisances des véhicules hippomobiles.
En 1900 Paris compte près de 80 000 chevaux. Sur les Champs-Élysées, les voitures à chevaux circulent sur les côtés et les voitures à essence au milieu et Le Figaro d'écrire dans ses colonnes :
L'émission globale de carbone et la pollution locale de particules motivent aujourd'hui l'action publique en faveur du véhicule électrique. Elle prend des formes très diverses : priorité sur certaines voies de circulation, gratuité de parking ou d'autoroute, déploiement de stations de recharge, incitations fiscales de tout poil, subventions à l'achat, interdiction progressive de véhicules diesel, etc. La Norvège, pionnière en la matière en adoptant de telles mesures dès 1990, se retrouve ainsi le premier pays à voir les ventes annuelles de véhicules électriques dépasser celle des véhicules conventionnels.
Les politiques publiques agissent également sur l'offre. En Europe, par exemple, le niveau moyen d'émissions des voitures neuves vendues est plafonné. Pour l'atteindre certains constructeurs, en particulier de voitures lourdes et de haut de gamme, doivent absolument compter dans leur catalogue des véhicules hybrides et à zéro émission. Autre exemple, la Chine a adopté une nouvelle réglementation qui revient à imposer aux constructeurs un quota de 10 % de véhicules électriques en 2019 et de 12 % en 2020.
Par l'ensemble de ces mesures, l'action publique force l'adoption initiale du véhicule électrique. En reprenant, le modèle de l'urne qui mime la compétition technologique, elle est aujourd'hui remplie de centaines de boules noires « véhicule thermique » et seulement de quelques boules blanches « véhicule électrique ». Pour faire basculer à terme la proportion dans l'autre sens, les villes et les nations incitent les consommateurs et obligent les fabricants à y déposer des blanches. Elles initient puissamment le mouvement des rendements croissants d'adoption (voir appendice).
Notez que les efforts de R&D et d'investissements des entreprises en faveur du véhicule électrique sont renforcés par leurs anticipations. Elles tirent et remettent des boules blanches dans l'urne à cause des politiques publiques actuelles mais aussi parce qu'elles pensent désormais que la renverse technologique est demain inéluctable. Cette croyance prend d'ailleurs les traits d'une prophétie autoréalisatrice : elle conduit ceux qui la partagent à s'y préparer en investissant, ce qui augmente les chances du présage d'advenir ; de même pour les agnostiques et les sceptiques car ils comprennent en voyant les investissements des fidèles que la prophétie va finir par se réaliser et ils se mettent à leur tour à investir. Bref, la mort du moteur à combustion interne est annoncée.
Ce consensus a mis quelques années à émerger. Sans prétention historique et un peu à la louche, on peut en dater l'amorce en 2006 et la cristallisation en 2017. C'est en effet au milieu des années 2000 que Tesla manifeste son intention de ne pas se cantonner à la niche des voitures de luxe. Quelques années plus tard, la firme californienne se lance dans un gigantesque projet de fabrication de batteries.
L'an dernier sont sortis les premiers exemplaires de son modèle de milieu de gamme. 2017 est aussi l'année où les constructeurs allemands, ceux qui ont le plus à perdre de la renverse technologique, se rallient à la prophétie en relevant fortement leurs engagements d'investissements et leurs objectifs de flotte électrique. Toutefois, la mise sur le marché d'un véhicule neuf prend du temps : dans le thermique on considère que cela peut prendre 5-6 ans, dans l'électrique cela peut être encore plus long.
Entre 2006 et 2017, deux mouvements profonds qui changent la donne se sont aussi produits. Le premier est la montée en puissance dans le véhicule électrique du premier pays automobile par sa production et sa consommation, la Chine. La motorisation électrique présente pour ce pays à la fois une solution à la pollution monstrueuse de ses villes et un moyen pour ses constructeurs de se hisser parmi les premiers mondiaux sur le plan de la technologie et de la qualité.
L'autre mouvement est également une prophétie, la voiture sans chauffeur qui sillonnera demain les cités et les autoroutes du monde entier. Sur le papier, rien n'impose que les véhicules autonomes soient électriques. Les deux technologies sont indépendantes. Mais transition énergétique oblige, personne n'imagine que les voitures sans chauffeur soient propulsées par des moteurs à essence ou au gazole.
Du coup, les efforts de recherches et d'investissements dans le véhicule autonome renforcent aussi l'adoption du véhicule électrique. Ils amorcent également un mouvement de déclin de la voiture individuelle possédée en propre. Or les futurs opérateurs de flottes à l'instar de robots-taxis auront des comportements d'achat différents. Ils n'auront pas les mêmes exigences en matière d'autonomie des batteries et ils accorderont plus d'importance dans le choix des véhicules aux dépenses d'entretien et au kilométrage total qu'ils peuvent parcourir ; des critères qui favorisent le moteur électrique car plus un véhicule est utilisé que ce soit par jour, mois, ou an, plus c'est économique qu'il soit électrique.
Il n'y a pas en revanche de consensus sur la vitesse d'adoption du véhicule électrique par les consommateurs. Les prévisions sur l'évolution de sa part de marché dans les ventes et de la date à laquelle elle dépassera celle des véhicules conventionnels diffèrent selon les études. La vitesse d'adoption sera de toute façon différente selon les pays, voire les métropoles car ces dernières jouent désormais un rôle clef dans le choix technologique à travers leurs décisions réglementaires de motorisation.
Parts de marché et dates de la renverse dépendent aussi du prix futur des batteries, un élément de coût essentiel de la voiture électrique. Entre 2010 et 2016, le coût des batteries en $/kWh a été divisé à peu près par 4. Cette tendance va-t-elle se poursuivre ? Cela dépendra des nouvelles économies d'échelle (baisse du coût unitaire par augmentation de la taille des usines), des nouvelles économies d'apprentissage (baisse du coût unitaire par augmentation de la production totale). Cela dépendra aussi de l'équilibre offre et demande. Les investissements récents et projetés sont gigantesques, en particulier en Chine même s'ils sont moins commentés dans les journaux que la Mega Factory de Tesla dans le Nevada. Une surcapacité peut être crainte ce qui abaisserait les marges des fabricants, et donc le prix des batteries.
Pas de doute, il est plus facile d'avancer quelques idées et de raisonner à partir d'un modèle de tirage de boules de couleur dans une urne que de prendre les bonnes décisions de R&D et d'investissement au bon moment et sur les bonnes technologies. Le métier d'économiste est bien plus facile que celui de stratège...
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Appendice :
le verrouillage technologique par les rendements croissants d'adoption
Deux économistes ont marqué de leur empreinte l'analyse économique de la compétition technologique, Brian Arthur, mathématicien et Paul A. David, historien.
Brian Arthur est l'auteur dans The Economic Journal d'un article paru en 1989 dont le titre dit déjà tout : « Competing Technologies : Increasing Returns and Lock-in by Historical Events ». Son idée est que l'innovation technologique se caractérise par des rendements croissants en particulier parce que les agents économiques décident d'adopter telle ou telle technologie en fonction de leur préférence bien sûr, mais aussi selon les choix réalisés par ceux qui les ont précédés.
Par exemple, j'ai une préférence pour la technologie A mais les 10 premiers agents qui ont décidé avant moi ont adopté la technologie B, ce qui fait qu'à mon tour je choisis celle-ci. Vous reconnaissez le modèle de l'urne présenté dans ma précédente chronique : le nième tirage dépend de la proportion de boules rouge, c'est-à-dire des tirages précédents. Ce n'est pas une coïncidence : quelques années auparavant Brian Arthur avait généralisé avec deux co-auteurs russes les solutions au problème mathématique des tirages séquentiels dans une urne. Dans son article dans The Economic Journal, il montre que les agents économiques au début suivent leur préférence car le nombre de ceux qui ont adopté l'autre technologie n'est pas encore suffisant pour les décider à l'adopter à leur tour, puis tout un coup tout bascule vers l'une des deux technologies. Les choix ne se font plus que sur celle-ci et le phénomène est irréversible.
Paul David est l'auteur de Clio and the Economics of QWERTY paru en 1985 dans l'American Economic Review. Ce titre n'est peut-être pas pour tous de compréhension immédiate. Clio, la fille de Zeus et de la déesse de la mémoire, est la muse de l'histoire. Le clavier QWERTY est la version anglaise de l'AZERTY, les six premières touches des machines à écrire. Reprenant la thèse d'Arthur sur le poids des petits événements et de la chance (c.-à-d., les raisons des premiers tirages dans l'urne) dans l'issue de la compétition technologique, il montre que le choix des touches est un accident de l'histoire mais qu'il est regrettable.
En effet d'un point de vue ergonomique, il eût mieux valu des premières touches plus proches des lettres les plus fréquentes dans la langue anglaise, par exemple un clavier DIATHE. Mais la leçon de Paul David est plus générale : la prééminence des choix initiaux en présence de rendements croissants d'adoption peut conduire à la suprématie d'une technologie qui n'est pas la plus efficace.
Paul David a ainsi ouvert la voie à des interrogations normatives sur la compétition technologique : quelle technologie devrait l'emporter pour mieux satisfaire l'intérêt général et maximiser le bien-être social ? D'un point de vue pratique ce débat est clos dans la mesure où lorsque deux technologies nouvelles s'affrontent, il n'est en général pas possible de savoir laquelle des deux est la plus efficace car elles en sont à leurs balbutiements et lorsque que la supériorité devient connue il est trop tard pour agir : si la moins bonne a été choisie elle est tellement adoptée qu'à l'image du clavier QWERTY il serait très coûteux de revenir en arrière.
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Par François Lévêque, Professeur d'économie, Mines ParisTech
La version originale de cet article a été publiée sur The Conversation
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