1.1 – L’évolution du poids

4 Dans les années 1960, les voitures pesaient en moyenne 800 kg (500 kg seulement pour la première 2CV, sortie en 1949). Puis, leur poids a augmenté jusqu’à atteindre 1 293 kg en 2007. Depuis lors, il fluctue autour de 1 250 kg (voir la figure 1) [3]. Car tous les efforts réalisés depuis 15 ans en matière d’allégement des véhicules ont été annulés par plusieurs évolutions (Portalier et Perron, 2021) :

• la montée des exigences en matière de sécurité (les fameuses 5 étoiles délivrées par l’Euro NCAP (European New Car Assessment Program) nécessitant une structure renforcée, des renforts latéraux, des airbags, etc.,
• une habitabilité accrue : transport de 5 personnes (au lieu de 4), parfois 7, coffre agrandi,
• de nouveaux équipements de confort : insonorisation, climatisation, sièges inclinables, volant réglable, télématique, caméra de recul, boîte automatique, amortissement surdimensionné…,
• des éléments de design ajoutés : calandre, chromes, roues de grande taille, jantes, éclairage d’ambiance…,
• une diésélisation du parc (un moteur diesel faisant environ 100 kg de plus qu’un moteur à essence), puis une électrification du parc (à cause du poids des batteries),
• l’arrivée de nouvelles normes Euro de dépollution (catalyseurs…) et réglementaires (équipements ABS ou ESP…),
• une puissance des moteurs accrue pour pouvoir mieux accélérer et dépasser dans un trafic mélangeant des véhicules de tous types.

Figure 1

L’évolution (de haut en bas) du poids (en kg), de la puissance (en kW) et de la vitesse maximale (en km/h) de la voiture moyenne, en France, depuis les années 1950, selon L’argus

L’évolution (de haut en bas) du poids (en kg), de la puissance (en kW) et de la vitesse maximale (en km/h) de la voiture moyenne, en France, depuis les années 1950, selon L’argus

5 Or toute augmentation du poids conduit à un cercle vicieux, car il faut en conséquence renforcer la motorisation, la chaîne de traction, les pneus, l’insonorisation, la sécurité active et passive… On a pu ainsi démontrer que l’ajout de 100 kg d’équipements conduit en fait à un accroissement du poids de 200 kg (« coefficient spirale » de 2, selon Kieffer, 2017).

6 Limiter la masse des véhicules reste néanmoins le principal objectif affiché par les industriels de l’automobile pour réduire les émissions de gaz à effet de serre, car une telle mesure évite de toucher aux caractéristiques des véhicules (vitesse, confort, sécurité, design…) et de perturber les clients. De nombreuses études ont montré que la masse des voitures pourrait être réduite assez facilement de 200 kg et plus difficilement jusqu’à 400 kg, en utilisant des matériaux légers (aluminium, magnésium, plastiques, composites…) ou des conceptions différentes (EAA, 2015 ; Helms et Kräck, 2016 ; Windisch, 2017). Mais ces progrès augmenteraient le coût des véhicules et les études sont plus discrètes sur ce point crucial. En outre, l’intensité en carbone des matériaux légers est généralement bien plus élevée (Bueb et To, 2020).

7 La figure 1 indique que la puissance des voitures a évolué proportionnellement à leur masse, pour garder une bonne accélération et pouvoir monter les pentes. L’amélioration de l’efficacité des moteurs a pu éviter que la consommation d’énergie ne s’accroisse et a même réussi à la faire baisser un peu. Mais ces progrès auraient pu être beaucoup plus importants si la masse et les performances des voitures étaient restées stables.

1.2 – L’évolution de l’aérodynamisme

8 On estime que, pour un véhicule automobile roulant sur terrain plat, la résistance de l’air devient prépondérante par rapport à la résistance au roulement au-delà de 50 km/h.

9 De nombreux constructeurs automobiles ont démontré qu’il est possible de réduire fortement la traînée aérodynamique de leurs véhicules en parvenant à des C_x inférieurs à 0,30 ou même inférieurs à 0,24 pour des prototypes. Mais de telles prouesses limitent l’innovation en matière de design en menant à des véhicules d’allure très semblable (faible hauteur, capot plongeant, pavillon surbaissé, voies arrière plus étroites qu’à l’avant, pneus profilés, jantes pleines…).

10 Le développement considérable des « cross over » (croisement entre un véhicule familial et tout terrain) ou des SUV (véhicule utilitaire sport doté d’une carrosserie surélevée et volumineuse) va totalement à l’encontre de ces efforts, car, par rapport à une citadine, leur silhouette imposante augmente la surface frontale d’environ 50 %, soit une traînée aérodynamique augmentée d’autant. Depuis janvier 2022, les SUV représentent 46 % des ventes de voitures en France. Leur succès provient de la hauteur de conduite, de la facilité de rentrer et de descendre du véhicule, de leur capacité à absorber les irrégularités de la route et les gendarmes couchés, du sentiment de s’y sentir protégé et de la débauche de publicité des constructeurs qui font de confortables marges sur ces modèles (Demoli, 2015).

1.3 – L’évolution de la vitesse maximale

11 De 1956 à 2003, la vitesse maximale des voitures n’a cessé de croître. Depuis lors, elle fluctue autour de 180 km/h. On note une baisse marquée ces deux dernières années, sans doute due à l’arrivée des voitures électriques qui ne peuvent être trop rapides sans réduire fortement leur autonomie.

12 La grande majorité des voitures actuelles peut atteindre des vitesses très au-dessus des limites fixées en Europe sur autoroute, limites qui sont presque partout de 130 km/h ou moins [4]. Dès lors, à quoi peuvent bien servir de telles performances ? L’argument classique est que l’automobiliste aurait besoin d’une « réserve de puissance » pour doubler en sécurité. Mais la puissance des voitures est déjà largement suffisante puisqu’elle a triplé depuis les années 1950 (selon L’argus). En revanche, les accélérations permises par cette puissance favorisent une conduite dangereuse (Got, 2008).

13 En fait, réduire la vitesse de pointe des véhicules, brider les moteurs à 130 km/h ou même à 150, paraît encore inconcevable pour les pouvoirs publics. Même la Convention citoyenne pour le climat ne l’a pas proposé. Seules les ONG les plus revendicatives le réclament (Greenpeace, RAC-France, Amis de la Terre…) [5]. La vitesse des vélos à assistance électrique et des cyclomoteurs est pourtant bridée respectivement à 25 et 45 km/h pour des raisons évidentes de sécurité.

14 Avec une vitesse accrue, l’aérodynamisme devient un problème crucial (puisque la résistance de l’air augmente globalement avec le carré de la vitesse). Et c’est aussi le cas pour la masse, car pour garder une sécurité suffisante à vitesse élevée, il devient nécessaire d’alourdir le véhicule avec des solutions de sécurité active et passive.

1.4 – L’évolution de l’efficacité énergétique

15 L’efficacité énergétique des véhicules (mesurable en Wh/véh.km ou encore en litre/km de carburant) s’est beaucoup améliorée depuis les années 1960. Si l’on tient compte de la dégradation du taux d’occupation des véhicules lors des déplacements, qui a dû passer d’environ 1,6 à 1,35 selon les enquêtes nationales transports et déplacements, le bilan est un peu moins bon mais reste largement positif.

16 Ce résultat remarquable a été possible malgré l’alourdissement des véhicules et les faibles progrès de l’aérodynamisme. On le doit donc surtout à l’amélioration de la puissance massique des moteurs, et des progrès seraient encore envisageables insistent les constructeurs automobiles qui ont tous élaboré des prototypes ne consommant que 2 l/100 km.

17 Pourtant, ces arguments masquent une tout autre réalité. Les voitures gardent une très faible efficacité énergétique, car elles transportent essentiellement leur propre masse et non des personnes et des charges. Ce « taux de poids mort » (= poids à vide / poids en charge) atteignait déjà 87 % dans les années 1960. Avec la baisse du taux d’occupation des véhicules et leur alourdissement, il est désormais de 92 % en 2020. Le tableau 1 montre d’énormes différences dans le taux de poids mort selon le type de véhicule.

18 Cette piètre performance entraîne un formidable gaspillage d’énergie et de matériaux. En outre, pour la fabrication d’une voiture, « la masse de matières premières mobilisées représente de l’ordre de 7 à 10 fois celle du véhicule fabriqué, sans compter les matières inutilisées (terres excavées lors de la construction d’infrastructures…) » (Pasquier, 2013), soit environ 10 t de matières premières nécessaires pour fabriquer une voiture de 1,25 t [6].En résumé, l’usage actuel de la voiture, dominé par l’autosolisme, engendre une dilapidation des ressources de la planète. C’est pourquoi il est urgent d’explorer d’autres solutions.

2.1 – Les arbitrages avec la masse

21 Un des intérêts majeurs du vélo est de pouvoir profiter du déplacement pour s’activer en même temps, un avantage non négligeable en ces temps de sédentarité excessive. Mais tout alourdissement du vélo rend plus difficile et moins intéressant le pédalage, car la résistance au roulement augmente et les accélérations deviennent plus difficiles. Sur terrain plat, la puissance demandée à un cycliste est relativement faible et la consommation d’énergie est proportionnelle à la masse (Sivert et al., 2021). Par contre, sur terrain dénivelé, la puissance de pédalage augmente proportionnellement à la pente, car il faut vaincre la force de gravitation. Or la puissance habituelle continue délivrée par un cycliste quotidien est de l’ordre de 100 W et jusqu’à 180 W en cas de montée (loin des 400 W fournis par un coureur cycliste bien entraîné).

22 Une « assistance électrique » est limitée par une norme européenne à 250 W (au-delà, il ne s’agit plus d’un mode actif assisté électriquement, mais d’un véhicule motorisé) et elle n’est délivrée que si le cycliste appuie sur les pédales. Cette assistance permet néanmoins de multiplier par 2,4 l’effort du cycliste au démarrage ou en montée [(180 + 250) / 180].

23 Quand un vélo classique est alourdi par l’ajout d’éléments quelconques, le pédalage devient moins efficace jusqu’à ce qu’une assistance apparaisse indispensable. Puis, cette assistance devient elle-même insuffisante, jusqu’à nécessiter une motorisation plus conséquente, le véhicule basculant alors dans la catégorie des motorisés. Il est cependant toujours possible d’ajouter un pédalier sur un véhicule pour que son utilisateur puisse continuer à se dépenser physiquement et que cette énergie serve à alimenter un peu la batterie afin d’augmenter son autonomie (c’est le cas du Twike).

24 D’innombrables éléments supplémentaires peuvent alourdir un vélo : un habitacle pour préserver le (ou les) occupant(s) des intempéries, des portes pour fermer l’habitacle, un siège supplémentaire pour transporter une personne, un coffre pour transporter des objets, un autoradio, un siège plus confortable, des éléments de sécurité ou de design, etc. Chacun de ces ajouts doit faire l’objet d’un arbitrage serré pour ne pas trop alourdir le cycle.

25 Notamment, pour supporter la propre masse du véhicule et la charge utile qu’il transporte, la structure doit être renforcée afin de lui permettre de rouler sur les infrastructures routières sans avarie. Ainsi, un vélomobile monoplace de 30 kg qui possède peu d’ouvrants, une coque kevlar et un châssis aluminium ne peut pas prendre un trottoir à 40 km/h ni rouler à cette vitesse sur des pavés. Sa charge utile maximale n’excède pas 120 kg. Une voiture sans permis de 450 kg, deux places, peut supporter toutes les infrastructures routières et une charge utile maximale de 200 kg. Les voitures classiques ont une charge utile maximale de 600 kg.

26 Enfin, la masse d’un véhicule à une certaine vitesse est source de danger pour les autres, à cause de l’énergie cinétique accumulée.

2.2 – Les arbitrages avec la vitesse

27 La vitesse est le principal facteur d’accident, dans la mesure où elle intervient, par définition, dans tout déplacement. Son augmentation entraîne 1) un rétrécissement du champ de vision, car le conducteur est obligé de regarder plus loin pour mieux anticiper les risques, 2) une distance d’arrêt accrue, sachant qu’il faut en moyenne une seconde à un conducteur en attention diffuse pour réagir à un imprévu et 3) des dégâts bien plus élevés en cas de choc [7]. Un abaissement des vitesses limites permet donc de sécuriser fortement les déplacements [8], tout en réduisant les éléments de sécurité active et passive nécessaires pour conserver un niveau de sécurité suffisant. Une voiturette limitée à 45 km/h maximum peut ainsi se passer de nombreux renforts. La masse d’un véhicule est donc proportionnelle à sa vitesse maximale.

28 Une vitesse réduite contribue également à baisser les consommations d’énergie, le bruit et la consommation d’espace. Elle favorise aussi les destinations de proximité en incitant à revenir peu à peu vers un urbanisme dense et mixte.

29 La vitesse a néanmoins des avantages bien connus : gains de temps ou au moins d’accessibilité. Plus rapides que le vélo et plus lents que les voitures, les véhicules intermédiaires peuvent être de bons compromis sur ce plan, notamment en zone rurale.

2.3 – Les arbitrages avec l’aérodynamisme

30 Pour un cycle, dès 30 km/h, la résistance de l’air devient supérieure à la résistance au roulement. Un cycliste en position droite sur un vélo urbain, avec des habits saillants, offre une forte résistance à l’air (SC_x ≈ 0,40). Sur un vélo de course, les bras en bas du guidon, SC_x ≈ 0,30. Pour un vélo couché courant assez confortable, SC_x ≈ 0,20. Avec un vélomobile standard (de type Quest 3), SC_x ≈ 0,08 et pour les plus profilés (comme le Milan), SC_x ≈ 0,04, soit 10 fois moins que pour un cycliste sur un vélo urbain [9].

31 Mais il est difficile d’entrer dans un vélomobile fortement profilé et de s’en extraire : l’habitacle est étroit, la position très basse par rapport au sol. Il faut avoir un gabarit corporel compatible (ni trop grand ni trop gros). D’où la conception de « vélos-voitures » (ou vélotos) qui sont des sortes de vélomobiles ressemblant à une très petite voiture, où le conducteur est en position assise, bien calé sur un siège avec dossier, et utilise un pédalier situé à l’avant. Le poids d’un tel engin, de l’ordre de 50 à 100 kg, oblige à ajouter une assistance électrique pour gravir les pentes.

2.4 – Les arbitrages avec la résistance au roulement des pneus et de l’asphalte

32 Les performances des pneus (adhérence, résistance…) peuvent varier du simple au double. Et pourtant, l’étiquetage ne renseigne pas correctement le client. Seules les grandes marques de pneus demandent à des organismes indépendants de fournir des valeurs objectivant ces performances (Sivert et al., 2016).

33 De même, certains types d’asphalte permettent de réduire fortement la résistance au roulement et le bruit des véhicules. Ils ne sont pas plus chers que les asphaltes classiques mais demandent une qualification un peu plus importante pour les poser et des entretiens un peu plus fréquents.