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Série “Décarbonation des transports”, épisode 4 : la décarbonation du fret

Avec 31 % des émissions de gaz à effet de serre (GES) en 2019, le secteur des transports est le premier émetteur en France. Il est aussi le 2ème secteur le plus consommateur d’énergie, représentant 32 % des consommations nationales. La décarbonation du secteur des transports est donc un passage obligé pour atteindre la neutralité carbone en 2050, mais aussi un défi important pour notre système énergétique.

À l’échelle du secteur, cette décarbonation implique des transferts vers des modes de transports moins émetteurs au passager et au kilomètre (report modal, véhicule partagé, etc.). Elle nécessite également, au niveau de chaque mode de transport motorisé – maritime, routier, ferroviaire, aérien – des changements profonds : conversion à des carburants alternatifs et électrification, adaptation des composants et des modèles, gestion intelligente des infrastructures et efficacité énergétique. Ces changements mobiliseront de multiples acteurs de la chaîne du transport, des industriels concepteurs de matériel aux transporteurs de passagers ou de marchandises en passant par les fournisseurs de services et les gestionnaires d’infrastructures. Au-delà des évolutions technologiques que la présente note aborde, les évolutions organisationnelles et d’usage seront également majeures.

Les défis sont nombreux et c’est pourquoi le Comité de prospective de la CRE a souhaité se pencher sur la décarbonation du secteur des transports. Quatrième et dernier épisode, aujourd’hui, d’une série d’articles sur la décarbonation des transports, avec un zoom sur le fret.

Episode 4 : décarbonation du fret, quelle feuille de route ?

Quels sont les enjeux du fret en France ?

Le fret intérieur représente environ 10 % des émissions nationales de GES et un tiers de celles du secteur des transports[1]. Le transport de marchandises reste en large majorité assuré par le mode routier (88,4 % en 2020) – loin devant le ferroviaire (9,6 %) et le fluvial (2 %) – avec une large proportion de poids lourds[2].

La part du transport intérieur de marchandises dans les émissions de GES nationales est en augmentation : tous modes confondus, les émissions du fret en France ont augmenté de 16 % entre 1990 et 2018[3]. Cette hausse s’explique par :

  • une intensification des échanges de marchandises : l’activité en tonnes.kilomètres du transport intérieur terrestre de marchandises[4] hors oléoducs, a crû d’environ 34 % entre 1990 et 2018[5], en partie en raison d’une augmentation des flux internationaux. Les progrès d’efficacité énergétique ont permis de limiter la hausse des émissions en deçà de celle du trafic ;
  • une part modale croissante dévolue à la route, par nature carbonée (passant de 77 % en 1990 à 88 % du fret en 2018), au détriment du ferroviaire dont l’intensité énergétique est moindre.

Quelles sont les solutions et leurs impacts respectifs sur le système énergétique ?

La route (poids lourds et véhicules utilitaires légers – VUL) représente 98 % des émissions de GES des transports intérieurs de marchandises en France, contre 0,3 % pour le ferroviaire et moins de 2 % pour le fluvial. Dans ce cadre, la décarbonation du fret, assuré à près de 90 % par le mode routier, repose principalement sur deux leviers mobilisés par les politiques publiques nationales comme européennes :

  • le développement de transports bas-carbone, comme le ferroviaire, pour favoriser le report modal des transports routiers ;
  • une réduction des émissions directes de GES du mode de transport routier, actuellement dominant, par changement du mode de propulsion (électrification) ou par recours à des biocarburants en cas de maintien du moteur thermique classique à propulsion interne.

Ces deux piliers de décarbonation du fret (développer le ferroviaire et verdir le routier) ne sauraient s’affranchir d’une optimisation de la chaîne logistique : celle-ci reste fortement tributaire du maillage industriel et de contraintes territoriales liées à la disponibilité des infrastructures. Toutefois, à flux de marchandises inchangés, fluidifier la chaîne logistique avec une capacité de desserte fine du territoire par des modes de transport à la fois compétitifs et décarbonés reste donc le défi principal de la décarbonation du fret.

  • Le développement des modes de transports bas-carbone pour favoriser le report modal des transports routiers de marchandises.

La Stratégie de digitalisation et de décarbonation des mobilités, lancée en juillet 2021 dans le cadre du PIA4, vise le doublement de la part modale du fret ferroviaire d’ici 2030 pour atteindre 20 %.

Les freins actuels au développement du fret ferroviaire résident dans la discontinuité de l’offre logistique, notamment pour assurer le dernier kilomètre : les ruptures de charge[6] allongent le délai d’immobilisation de la marchandise et donc de livraison, tandis que le recours aux « wagons isolés » pour permettre une desserte plus fine du territoire renchérit le coût du fret. Certes, le ferroviaire présente des atouts en termes de rapidité et permet des économies d’échelles, mais à condition que de larges volumes de marchandises poursuivent le même itinéraire de bout en bout sur une grande distance. La ligne Dourges – Wuhan, utilisée par des entreprises comme Décathlon ou Danone, relie depuis 2017 la Chine à la plateforme multimodale Delta 3 située dans les Hauts de France et est la plus longue ligne existante avec les mêmes conteneurs du départ à l’arrivée.

Malgré sa faible contribution aux émissions nationales de GES, le fret ferroviaire n’est pas totalement décarboné : sur les 50 % du réseau ferroviaire actuel non électrifié, plus de 2/3 des trains fonctionnent au diesel. Or, les alternatives aux carburants thermiques pour le fret ferroviaire sont moins nombreuses que pour le transport de voyageurs (voir à ce sujet le premier épisode de notre série « décarbonation des transports ») : la charge moyenne d’un train de fret est de 500 tonnes, soit l’équivalent de la marchandise transportée par 30 à 45 camions[7]. Mettre en œuvre des machines puissantes, compatibles avec une électrification par batterie ou avec des carburants alternatifs nécessite donc des investissements en R&D, dans un secteur qui dégage structurellement de faibles marges. En Suisse, où la part modale ferroviaire pour le fret est de 37 %[8], la modernisation du réseau est en partie financée par une écocontribution qui vient taxer la mobilité routière lourde et l’affecter au développement du ferroviaire.

La Stratégie pour un fret ferroviaire prévoit de moderniser les transports de marchandises en faveur d’une intermodalité plus compétitive et plus efficace : progrès de la logistique, digitalisation de l’exploitation et des triages, couplage des wagons pour réduire les coûts en faveur d’une desserte plus fine des territoires industriels. Par ailleurs, des solutions telles que le véhicule rail-route, actuellement expérimenté par la SNCF pour le transport de voyageurs, pourraient réduire les coûts d’exploitation de petites lignes ferroviaires dans les zones de faible densité tout en permettant une desserte fine du territoire par un unique mode de transport, réduisant les ruptures de charge[9].

  • La réduction de la dépendance au fossile du mode de transport routier, actuellement prédominant : la SNBC fixe un objectif de décarbonation des transports terrestres en 2050, avec un palier à -28 % d’émissions en 2030 par rapport à 2015.

Si le routier est le mode de transport de marchandises le plus émetteur, il est aussi le plus lent. Il est davantage adapté pour des marchandises de faibles poids et valeur ajoutée, dont les lieux de réception sont éparpillés ou pour des trajets de petite distance. Dominé par le routier, le fret est assuré à plus de 80 % par des poids lourds, qui transportent en moyenne 7,5 tonnes de marchandises (pour un poids maximal autorisé variant de 16 à 44 tonnes). Dépendant en quasi-totalité du diesel, ils représentent 78 % des émissions du fret. Le reste du transport routier de marchandises est notamment assuré par des VUL qui transportent en moyenne 0,24 tonne de marchandises[10] et sont davantage utilisés en desserte fine du territoire, en dernière étape avant livraison au consommateur final. Ils représentent environ 7 % du transport de marchandises mais sont responsables de près de 20 % des émissions du fret intérieur.

Il existe une multitude de cas d’usages pour le fret, qui appellent donc des solutions technologiques très variées, ce qui soulève en tant que tel des difficultés pour optimiser les coûts du transport de marchandises (développement de différentes motorisations, de différentes infrastructures de recharge, etc.).

Les carburants alternatifs au diesel reposent aujourd’hui principalement sur les gaz naturels pour véhicules (GNV), soit sous forme de GNL (gaz naturel liquéfié) soit sous forme de GNC (gaz naturel comprimé). Le récent développement de poids lourds fonctionnant au GNV a été favorisé par des améliorations concernant leur puissance et leur autonomie : cette dernière peut atteindre 600 kilomètres. Si le GNV permet une réduction limitée de 10 à 15 % des émissions de CO2 par rapport à un véhicule diesel, le bioGNV (issu du biométhane), qui représente 20 % du GNV consommé en France, permet quant à lui une économie d’émissions de 75 % des émissions de GES sur son cycle de vie[11]. Le surcoût à l’achat des camions compatibles bioGNV (de l’ordre de 10 à 15 % par rapport à un camion diesel) est en principe compensé par le prix à la pompe plus faible du GNV par rapport au gazole, davantage taxé. Par ailleurs, l’un des avantages de la décarbonation du routier par le gaz est que les réseaux de transport et de distribution sont déjà en place, ce qui facilite le déploiement d’infrastructures d’avitaillement. Cependant, le développement massif de ces véhicules pâtit encore d’un maillage territorial encore inégal en stations d’avitaillement : fin 2021, environ 30 000 poids lourds roulaient au GNV, pour environ 250 stations GNV ouvertes au public en France.

Autre solution de décarbonation, l’électrification par batterie pose des défis particuliers pour le fret routier : d’abord concernant le rendement poids/énergie des batteries, ensuite concernant la recharge. Aujourd’hui, l’offre de poids lourds électriques supérieurs à 16 tonnes est quasiment inexistante en raison du poids des batteries et de leur autonomie, souvent limitée à 250 kilomètres : pour une autonomie de 700 km, il faudrait, à date, installer une batterie de 3 à 4 tonnes, réduisant la capacité de chargement des poids lourds et donc la rentabilité du transport. Toutefois, à moyen terme, des progrès de R&D sur lesquels misent de nombreux industriels permettront sans doute d’améliorer le rendement poids/énergie des batteries, et donc in fine la compétitivité des poids lourds électriques. Par ailleurs, les spécificités du fret longues distances nécessitent des modes de recharge adaptés : si les besoins en puissance sont estimés à environ 150 kW par borne rapide (pour la recharge d’un poids lourd durant sa pause nocturne), ceux d’une borne de recharge ultra-rapide, permettant une recharge de 4h30 d’autonomie en 45 minutes (pendant les pauses réglementaires diurnes) se situent entre 800 et 1 200 kW. L’installation et le raccordement au réseau d’infrastructures de recharge adaptées aux poids lourds sont donc particulièrement dimensionnants pour le système électrique. L’électrification du fret routier devrait à ce titre faire l’objet d’une planification permettant d’optimiser les besoins et coûts de raccordement aux réseaux.

Équiper les poids lourds de piles à combustible alimentées par hydrogène présente donc un avantage en termes d’autonomie, de rapidité de recharge et de puissance par rapport aux batteries électriques, même si le développement de l’hydrogène décarboné (produit par électrolyse) à un prix compétitif reste incertain à court et moyen terme. De plus, la solution électrique-hydrogène nécessite trois fois plus d’énergie électrique sur l’ensemble du cycle de production-consommation que la solution électrique-batterie lorsque l’hydrogène vert est produit par électrolyse de l’eau[12]. Dans ses scénarios (hors sobriété), l’ADEME estime qu’en 2050, la demande d’hydrogène pour la mobilité se situera entre 5,8 et 19,8 TWh. Par ailleurs, l’équipement en pile à combustible pour l’alimentation en hydrogène soulève des problématiques d’adaptation des véhicules et de durée de vie de la pile. L’alternative de la combustion directe de l’hydrogène présente donc plusieurs intérêts, notamment en termes de coûts (peu d’investissements par rapport à un moteur diesel classique et une durée de vie plus longue que celle des piles à combustible). Toutefois, dans les deux cas – pile à combustible ou combustion directe de l’H2 – l’hydrogène reste difficile à contenir et nécessite donc d’encombrants réservoirs ainsi que de grandes quantités d’eau pour sa combustion. Compte tenu de ces incertitudes, l’hydrogène pourrait intervenir en complément du bioGNV et de la batterie électrique pour la mobilité lourde, en particulier dans un contexte de prix élevés du gaz, où la pile à combustible serait compétitive grâce à un poids, un encombrement et un temps de recharge moindres qu’avec une batterie embarquée.

L’électrification des infrastructures routières via l’Electric Road System (ERS), en complément de l’usage d’une batterie embarquée, est également une solution citée pour décarboner le fret longue distance en réduisant les émissions de GES liées à la route. Cette solution permettrait de transmettre de l’énergie au poids lourd lorsqu’il roule, soit par induction, soit par rail, soit par caténaire. Si cela permettrait en théorie de limiter la taille et le poids des batteries embarquées et nécessiterait de moindres besoins en infrastructures de recharge, la mise en œuvre de cette solution induirait des CAPEX très élevés (entre 30 et 36 Md€ pour environ 9 000 km d’ERS d’après le rapport d’un groupe de travail dédié), avec une puissance à installer de l’ordre de 2 MW par kilomètre, dont l’amortissement nécessiterait une adoption à grande échelle, au moins au niveau européen . L’acceptabilité – notamment des caténaires le long des autoroutes – n’est pas non plus garantie. Cette solution semble également en concurrence avec la relance du fret ferroviaire et des solutions d’intermodalités basées sur le ferroviaire.

Enfin, l’amélioration de l’efficacité énergétique est un levier à mobiliser concomitamment à la décarbonation pour réduire les émissions de GES du fret. Grâce à certaines améliorations logistiques et techniques, le rythme récent de croissance des émissions de GES a été moins que proportionnel à celui de la hausse du trafic : la hausse du chargement moyen par véhicules et la baisse de la consommation en carburants des poids lourds ont permis de contenir la hausse de la consommation d’énergie du fret routier à 29 % entre 1990 et 2018, par rapport à une hausse de 61 % de l’activité en tonnes-kilomètres[13]. D’autres pistes d’amélioration de l’efficacité énergétique existent et permettraient d’améliorer encore l’efficacité énergétique du fret routier : la réduction de la vitesse, la diffusion de l’écoconduite, la mise en place de péages sans arrêt ou encore une circulation nocturne pour réduire la congestion.


[1] The Shift Project, Assurer le fret dans un monde fini, Plan de transformation de l’économie (mars 2022)

[2] Transport routier de marchandises | Données et études statistiques (developpement-durable.gouv.fr)

[3] Les facteurs d’évolution des émissions de CO2 liées à l’énergie en France de 1990 à 2018 (developpement-durable.gouv.fr)

[4] Selon l’INSEE, le « transport intérieur » désigne les transports ou portion des transports réalisés sur le territoire d’un État donné, indépendamment de la nationalité du véhicule et de l’origine ou de la destination de la marchandise et du véhicule. Ainsi, en France, outre les transports nationaux, les transports intérieurs comptabilisent la seule partie des transports internationaux réalisée sur le territoire français (Paris-Valenciennes pour un transport d’échange Paris-Berlin, Vintimille-Portbou pour un transport de transit Turin-Barcelone).

Selon l’INSEE, le transport international désigne le transport entre un point de chargement et un point de déchargement de deux pays différents, transit inclus. Aujourd’hui, près de 40 % du fret en France est le fruit d’échanges internationaux (y compris transit), contre 20 % en 1985 et 30 % en 1990.

[5] INSEE, transport intérieur terrestre par marchandise par mode de 1984 à 2020  

[6] Une rupture de charge correspond au laps de temps (arrêt) occasionné par le transbordement des marchandises à l’occasion d’un changement de moyen de transport. C’est donc une interruption du transport le temps d’effectuer le déchargement et le chargement des biens d’un moyen de transport à un autre (fret aérien, fret maritime, fret rail-route ou routier).

[7] SCNF Réseau, les atouts du ferroviaire ; The Shift Project, Assurer le fret dans un monde fini, Plan de transformation de l’économie (mars 2022)

[8] Direction générale du Trésor, La politique suisse en matière de transports (2019)

[9] La SNCF présente le Flexy, un véhicule futuriste qui circulera sur les rails comme sur les routes (ouest-france.fr)

[10] Document de travail fret – plan de transformation de l’économie française du Shift project

[11] Rapport Motorisations alternatives, Carbone 4, 2020

[12] Groupe de travail Système de route électrique – Ministère de la Transition écologique, juillet 2021

[13] Ce qui témoigne d’une baisse de l’intensité énergétique estimée à 0,8 % par an en moyenne.