Lefficacité énergétique dans les transports est caractérisée par l'énergie nécessaire pour déplacer des marchandises ou des personnes sur une distance donnée. Elle se mesure aussi par le rapport inverse : l'énergie consommée pour parcourir une distance, habituellement . Elle dépend de plusieurs facteurs, notamment les caractéristiques techniques du véhicule, ainsi que son taux d'occupation ou de remplissage.

Définition

Une directive européenne de 2006, reprise par la , définit l'efficacité énergétique comme ..

Énergie grise

Pour améliorer la pertinence de la mesure, la consommation peut intégrer l'énergie grise, consommée tout au long du cycle de vie du véhicule, depuis sa fabrication jusqu'à son recyclage, y compris les infrastructures de transport routières ou ferroviaires. Mais la grande variété des modèles de véhicules et de leurs modes d'utilisation rend rédhibitoire cette exigence théorique.

Efficacité énergétique et rendement L'efficacité énergétique d'un mode de transport peut être améliorée par une amélioration du rendement du véhicule.

La notion de rendement appelle quelques précisions : le véhicule en mouvement doit fournir une portance égale à son poids ; cette portance entraîne une traînée inévitable : résistance au roulement pour les véhicules terrestres, traînée induite (par la portance) pour les avions et les navires à foils, traînée de vague pour les navires. L'installation motrice doit fournir une poussée égale à la traînée totale, somme des traînées liées à la portance et des autres traînées : frottement, pression (liée à la forme), parasites. Dans la traînée totale, la part de traînée affectée à la portance est très faible dans le cas des véhicules terrestres, et notamment des trains. Elle peut être faible aussi dans le cas des navires dont la vitesse rapportée à la longueur (nombre de Froude) est faible (péniches, porte-conteneurs).

Diagramme de Gabrielli-von Kármán vignette|Mise à jour 2004 du diagramme de Gabrielli-von Kármán. Le diagramme de Gabrielli-von Kármán (1951), établi à partir des données de puissance motrice maximale, de la masse totale et de la vitesse maximale des véhicules, fournit une vue d'ensemble des divers modes de transport. Les ordonnées de ce diagramme représentent le quotient de la traînée maximale du moyen de transport (ou, en valeur absolue, sa poussée motrice maximale) sur le poids total du véhicule (ce quotient étant, pour un aéronef, l'inverse de la finesse à vitesse maximale). Dans son ouvrage Aerodynamics (1953), Theodore von Kármán indique que les différentes courbes ont été tracées non pas comme une moyenne des différents véhicules dans chaque catégorie, mais plutôt comme la représentation des meilleurs véhicules (énergétiquement parlant) de chaque catégorie.. Le diagramme montre que la vitesse a un effet prépondérant sur l'efficacité énergétique maximale d'un véhicule.

Objectifs en matière d'efficacité énergétique

vignette|Efficacité énergique par mode de transport (illustration en portugais).

La recherche d'une plus grande efficacité énergétique s'inscrit en Europe dans des objectifs plus généraux de protection de l'environnement et de sécurité d'approvisionnement. Les attendus de la directive sur l'efficacité énergétique de l'Union européenne définissent ces objectifs :

Unités L'efficacité énergétique se mesure sous la forme d'un rapport qui peut s’exprimer comme : l'unité de distance parcourue divisée par la consommation d'énergie, laquelle est exprimée en kilowatts-heures, en kilojoules, en masse ou en volume de carburant. La Fédération aéronautique internationale utilise le kilomètre par kilogramme () de carburant pour les records .. Aux États-Unis, on utilise le (mpg), variante en unités anglo-saxonnes du kilomètre par litre ; inversement, la consommation d'énergie par unité de distance parcourue ; l'efficacité énergétique est d'autant plus grande que cette consommation unitaire est faible. Il est d'usage en Europe de mesurer l'efficacité énergétique sous cette forme inversée. Les unités communément employées sont les litres de carburant par , les kilowatts-heures pour ( de gazole valant approximativement et d'essence valant approximativement Voir et ., ou un kilogramme équivalent pétrole, avec = ). En outre, une dépense énergétique de Une force équivaut également formellement à une puissance divisée par une vitesse, selon la relation suivante : . Ainsi, par exemple, équivaut à , soit une puissance de pour une vitesse de . équivaut formellement à une force de frottement de ..

Pour tenir compte de la finalité des transports, qui est avant tout de transporter des personnes ou du fret, les statisticiens rapportent l'efficacité énergétique à la charge utile et à la distance, en (ou passager-kilomètre.), aussi notés . Pour le fret, on parle de kWh/100 tonne-kilomètre, aussi notés .

Dans le cas des transports individuels, les données disponibles sont souvent rapportées aux véhicules (et exprimées en ) et doivent prendre en compte leur taux d'occupation, par exemple au travers des enquêtes Ménages Déplacements. Dans le cas des transports collectifs, les données sont majoritairement rapportées aux passagers et sont exprimées par voyageur-kilomètre, la distinction entre efficacité énergétique du moyen de transport en commun et taux d'occupation étant rarement opérée.

Modes de transport Propulsion humaine vignette|Un cycliste à Paris.

Le rendement énergétique global de la contraction musculaire est d'environ 24 %, Figure 1. Rendement énergétique de la contraction musculaire, page 1065..

La bicyclette est le moyen de transport le plus efficace sur un plan énergétique. Elle est jusqu'à cinq fois plus efficace que la marche..

Une personne de qui roule à vélo à la vitesse de dépense 1 Calorie = = .. La même personne de qui marche à la vitesse de dépense . Cette consommation énergétique dépend du poids de la personne.. Seule l'énergie musculaire est prise en compte dans le tableau ci-dessous ; pour le vélo, l'énergie grise (dépensée pour fabriquer, acheminer et vendre le vélo) n'est pas incluse.

+ Énergie primaire pour kWh Marche () 6,1 Vélo () 3,2

Transport routier

Voiture

La consommation énergétique des voitures dépend de plusieurs facteurs : motorisation, aérodynamique, pneumatiques La résistance aérodynamique croît avec le carré de la vitesse et les pneus sont à l'origine d'une résistance à l'avancement importante à cause de l'hystérésis de déformation à chaque tour de roue.

Même si les mesures de limitation de la vitesse autorisée sont souvent prises pour réduire le risque d'accidents graves, la question de l'efficacité énergétique est également un facteur pris en compte. Ainsi, réduire la vitesse de 130 à sur les autoroutes françaises permettrait de réduire la consommation énergétique de 23 %..

Voiture thermique Jusqu'à présent, les consommations annoncées par les constructeurs ne reflétaient pas la réalité des consommations dans les conditions réelles d'utilisation. Le groupe PSA, l'association européenne Transport et Environnement, l'association française de protection de l'environnement France Nature Environnement ainsi que le bureau Veritas se sont entendus sur un protocole de mesure beaucoup plus proche de la réalité, car il corrèle avec les résultats fournis par le site allemand Spritmonitor à ±0,2 litre aux cent kilomètres..

En Allemagne, le groupement () annonce, dans le contexte allemand, les chiffres suivants :

+ Énergie primaire pour l équivalent essence kWh Voiture 6,1 61

vignette|redresse=1.5|Efficacité énergétique des voitures thermiques en ville et sur autoroute., cité et illustré dans une version précédente dans : .

Dans la pratique, le rendement à faible charge est très réduit. Compte tenu des pertes liées à la transmission et du fait que l’on fonctionne souvent à une puissance de l’ordre de 10 à 20 % de la puissance maximale, des périodes d’arrêt, de l’alimentation des accessoires et des périodes de mise en chauffe, le rendement moyen aux roues est compris entre 14 et 26 %. (voir schéma ci-contre). Il existe donc une importante marge de progression.

Le véhicule thermique présente en moyenne un mauvais rendement, expliqué par le graphique ci-contre du département de l'Énergie des États-Unis. Il s'élève à 17 % selon The Shift Project..

À ces consommations, il faut ajouter celles de la climatisation, en croissance depuis les années 2000, au point d'éventuellement . La surconsommation serait ainsi de selon le type de cycle, pour une motorisation essence, une température de consigne de et une température extérieure de ( pour un Diesel)..

Voiture électrique

Le site Spritmonitor« Les véhicules électriques les plus économiques », Spritmonitor (consulté le 27/09/2019). et l'ADAC. allemande proposent un classement des voitures électriques les plus économes, à partir de consommations constatées ou mesurées. La consommation du véhicule n'est pas tout, car les pertes lors de la charge sont à prendre en compte : . Cette perte lors de la recharge irait de 9,9 à 24,9 %.

vignette|redresse|Voiture électrique Tesla. Le tableau suivant compare les classements officiels d'économie de carburant pour les véhicules tout électriques évalués par l'Agence de protection de l'environnement des États-Unis (EPA) en , pour les véhicules électriques, pour les véhicules hybrides rechargeables. . par rapport aux véhicules hybrides rechargeables à longue distance les plus énergétiquement efficaces (Chevrolet Volt deuxième génération), aux véhicules hybrides essence-électricité (Toyota Prius Eco, quatrième génération). . . et aux véhicules neufs moyens 2016 de l'EPA, dont la consommation de carburant est de .

+ Consommation d’énergie en kWh/100 km Véhicule Modèle (année) Cycle combiné Ville AutorouteTesla Model 3 2021 14,7 14,0 15,7Tesla Model Y 2021 16,2 15,0 17,6Hyundai Kona Electric 2018 17,6 15,9 19,4Hyundai Ioniq Electric 2017 15,7 14,0 17,5BMW i3 (60 Ah) 2014/2015/2016 17,2 15,6 19,3Scion iQ EV 2013 17,7 15,5 20,4Chevrolet Bolt EV 2017 17,7 16,7 19,0Chevrolet Spark EV 2014/2015/2016 18,0 16,7 19,6BMW i3 (94 A,h) 2017 18,1 16,6 20,2Honda Fit EV 2013/2014 18,1 16,2 20,4Fiat 500e 2013/2014/2015 18,4 17,5 19,8Volkswagen e-Golf 2015/2016 18,4 17,0 20,4Nissan Leaf () 2013/2014/2015/2016 18,7 17,0 21,0Mitsubishi 2012/2013/2014/2016 19,1 17,0 22,0Nissan Leaf () 2016 19,1 17,2 21,0Fiat 500e 2016 19,1 17,7 21,0Smart electric drive 2013/2014/2015/2016 20,0 17,5 23,0Kia Soul EV 2015/2016 20,4 18,0 23,0Ford Focus Electric 2012/2013/2014/2015/2016 20,4 19,0 22,0Tesla Model S AWD-70D 2015/2016 21,0 21,0 21,0Tesla Model S AWD-85D 2015/2016 21,0 22,0 20,2Tesla Model S AWD-90D 2015/2016 21,0 22,0 20,2Tesla Model S () 2014/2015/2016 22,0 23,0 22,0Tesla Model S AWD-P85D 2015/2016 23,0 24,0 22,0Tesla Model S AWD-P90D 2015/2016 23,0 24,0 22,0Tesla Model X AWD-90D 2016 23,0 24,0 23,0Tesla Model X AWD-P90D 2016 24,0 24,0 24,0Tesla Model S () 2012/2013/2014/2015 24,0 24,0 24,0Mercedes-Benz B-Class Electric Drive 2014/2015/2016 25,0 25,0 26,0Toyota RAV4 EV 2012/2013/2014 28,0 27,0 29,0BYD e6 2012/2013/2014/2015/2016 34,0 35,0 33,0