L' automobile, menacée par son succès, est confrontée depuis la fin du xxe siècle à une série de redoutables et nouveaux défis. Il s'agit d'abord des contraintes environnementales, auxquelles le protocole de Kyōto (signé en décembre 1997 et entré en vigueur en février 2005) a sensibilisé la plupart des pays dotés d'économies développées, ensuite de la diminution des ressources en hydrocarbures accessibles à bas coûts, mais aussi des contraintes démographiques, des mutations de l'habitat et des exigences réglementaires et financières des pays industrialisés de la planète.

Il est donc urgent de prendre le problème à bras-le-corps d'autant que les mesures prises mettront des années, voire des décennies, à faire sentir leurs effets. L'amélioration de la frugalité des moteurs classiques est plus que compensée par l'augmentation du parc mondial, et les pouvoirs publics, s'ils voulaient prouver leur volonté de combattre rapidement l'effet de serre, seraient bien inspirés d'inciter à la mise au rebut des centaines de millions de voitures vieillissantes qui n'ont pas bénéficié des technologies modernes. À terme, cependant, d'ici à une vingtaine d'années, il faudra bien se tourner progressivement vers les motorisations électriques, puisque le pétrole, la forme d'énergie primaire la plus condensée et la plus transportable, sera hors de prix... En effet, c'est moins l'épuisement des ressources de pétrole qui menace le moteur thermique que le prix très élevé auquel il faudra le produire.

Cela suppose, compte tenu de l'avance prise par le moteur à explosion depuis plus d'un siècle, que les pouvoirs publics se résolvent à consentir les dépenses de recherche et, surtout, d'infrastructure nécessaires à un bouleversement des technologies d'aussi grande ampleur. Il faut en particulier savoir, pour mesurer le chemin à parcourir, que le kilogramme de moteur à explosion, pourtant très sophistiqué, revient moins cher que le kilogramme de moteur électrique pour automobile, pourtant beaucoup plus simple de conception... C'est dire l'effet de la production en grande série. L'intervention des pouvoirs publics sera nécessaire pour que les véhicules électriques sous leurs différentes formes (véhicules électriques simples avec plusieurs centaines de kilogrammes de batteries, ou bien hybrides, c'est-à-dire couplés avec un moteur thermique, ou encore équipés d'une pile à combustible...) puissent conquérir une part significative du marché de l'automobile, disons de 10 à 20 p. 100, particulièrement sur un certain nombre de niches de trafic (centres des grandes villes, îles, aéroports...), et arrivent, à partir de ce socle, à concurrencer véritablement les automobiles fonctionnant au carburant.

Des réglementations de plus en plus contraignantes en matière de sécurité (cf. transport), de recyclage des matériaux utilisés, d'émissions polluantes ou de nuisances sonores, ont imposé, par ailleurs, aux constructeurs d'automobiles, surtout en Europe, des innovations technologiques coûteuses qui, certes, protègent les marchés où elles s'appliquent contre les importations à bas coûts, mais renchérissent inexorablement le produit automobile. Si cette tendance devait s'accentuer dans les décennies à venir, la difficulté d'accéder à la propriété de cet incomparable instrument de liberté provoquerait certainement d'importants bouleversements des habitudes.

Les constructeurs d'automobiles ne sous-estiment pas, bien au contraire, la capacité des transports en commun à se moderniser et à mieux servir leurs usagers malgré le développement des banlieues et la dispersion de l'habitat qu'il engendre, particulièrement autour des grands centres urbains. Même si leurs automobiles sont par nature mieux placées pour répondre.

La réflexion des constructeurs automobiles sur la notion de « mobilité durable » vise à définir de nouveaux enjeux et engagements portant sur l'amélioration des performances environnementales du transport automobile. Cette amélioration devra notamment se traduire par la réduction des émissions de gaz à effet de serre (G.E.S.), dont le dioxyde de carbone (CO2) est le principal en termes de contribution globale.

À l'échelle mondiale et au début des années 2000, les carburants issus du pétrole constituaient 98 p. 100 de l'énergie utilisée dans ce secteur. Des solutions faisant appel à des énergies alternatives existent. Cependant, la plupart de ces carburants alternatifs (gaz naturel, gaz de pétrole liquéfié, hydrogène) rencontrent des difficultés pour s'imposer, en raison du peu d'enthousiasme des automobilistes à utiliser des carburants gazeux ; des difficultés techniques de stockage et de transport de l'hydrogène, dont la majorité des experts ne prévoient pas l'émergence avant 30 ans ; du peu d'influence de ces carburants alternatifs, à l'exception de l'hydrogène fabriqué par électrolyse de l'eau avec l'électricité d'origine nucléaire, sur la réduction des émissions de G.E.S.

Les biocarburants, quant à eux, offrent des perspectives intéressantes. Ils sont fabriqués à partir de matières végétales qui, pour leur croissance et grâce au processus de la photosynthèse, utilisent le carbone du CO2 déjà présent dans l'atmosphère. Outre le fait qu'elle recycle le CO2, cette biomasse présente d'autres atouts majeurs : elle est renouvelable, produite localement et présente le plus fort potentiel de croissance parmi les différentes sources d'énergie renouvelable. On présentera ici les enjeux des biocarburants pour l'avenir de l'automobile, les aspects proprement techniques de ces produits étant étudiés dans l'article carburants.

Les filières actuelles concernent la production d'alcool (éthanol), à partir de plantes sucrières (betterave, canne à sucre) et de céréales (blé, maïs...), et la synthèse de biodiesel (constitué d'esters méthyliques ou éthyliques d'huiles végétales), à partir d'oléagineux (colza, tournesol, soja, huile de palme...). L'éthanol peut être utilisé pur ou mélangé aux essences, ou encore après transformation chimique en ETBE (éthyltertiobutyléther) par réaction avec l'isobutène, tandis que le biodiesel est mélangé au gazole.

Par rapport aux carburants pétroliers, l'utilisation des biocarburants entraîne, à production énergétique semblable, une diminution de certains polluants (hydrocarbures imbrûlés, monoxyde de carbone, particules) mais génère plus d'oxydes d'azote (NOX). Elle conduit aussi à des gains sur les niveaux d'émission de G.E.S., sans modification majeure des moteurs et des infrastructures de distribution des carburants. Ces gains peuvent être chiffrés respectivement à environ 70 p. 100 pour le biodiesel et à 50 p. 100 pour l'éthanol. Des économies du même ordre de grandeur sont réalisées au niveau de la consommation d'énergie fossile.

Les enjeux environnementaux et les enjeux énergétiques – visant à réduire la dépendance du secteur des transports vis-à-vis du pétrole –, auxquels s'ajoutent les enjeux agricoles pour trouver de nouveaux débouchés aux excédents produits par l'agriculture moderne, font que l'on assiste, depuis le début des années 2000, à une accélération très importante de la production de biocarburants. En France, par exemple, où ils ne représentaient qu'à peine 1 p. 100 des carburants consommés (pourcentage calculé sur les contenus énergétiques respectifs des produits utilisés).

Parallèlement aux réponses que peuvent apporter les filières des nouveaux carburants face à l'accroissement de l'effet de serre et à la raréfaction de la ressource pétrolière, des mutations technologiques profondes concernant le mode de propulsion sont attendues sur les véhicules du futur, en particulier grâce à l'introduction massive de dispositifs électromécaniques (véhicules électriques et hybrides) et électrochimiques (piles à combustibles).

Le véhicule électrique n'est pas une nouveauté puisqu'il est né avec l'automobile à la fin du xixe siècle (cf. automobile - Histoire). Après plus d'un demi-siècle d'abandon, la prise de conscience des problèmes environnementaux en ville relance, dans les années 1990, la conception et la production de ce type de véhicules. Le stockage, à bord du véhicule, de l'énergie électrique est assuré par une batterie d'accumulateurs électrochimiques. Le grand intérêt de ce type d'automobiles est l'absence totale de rejets nuisibles. Les progrès dans le domaine des batteries avec les couples nickel-métal hydrure (NiMH, 60 à 110 Wh/kg) et lithium-ion (150 à 190 Wh/kg) permettent d'atteindre une autonomie supérieure à 200 kilomètres pour un petit véhicule. D'autres facteurs positifs, tels que la recharge rapide des batteries, laissent alors entrevoir un avenir solide pour ce mode de propulsion. Au début des années 1990, certaines études prévoient une production mondiale annuelle de 200 000 véhicules électriques en l'an 2000. Mais l'autonomie trop faible de ces véhicules est un frein trop important et, en dix années, si plus de 100 prototypes sont conçus, moins de 20 000 véhicules électriques sont commercialisés dans le monde.

De nouvelles initiatives se font jour, en particulier en France où sont développés des concepts de véhicules plus légers, des composants moteurs mieux optimisés et des batteries plus performantes (li-métal-polymère par exemple). Des autonomies supérieures à 300 kilomètres pourraient convaincre certains clients de faire l'acquisition de ce type d'automobiles. Cependant, pour que ces véhicules entièrement électriques se développent en produits automobiles de masse (c'est-à-dire à plusieurs millions de véhicules par an), il faudrait une véritable rupture dans les technologies des batteries. La physique ne laisse que peu d'espoir à cet égard. Dans leur état actuel de développement, les véhicules électriques sont bien adaptés aux déplacements urbains et périurbains, à condition que les bornes de recharge soient installées en nombre suffisant.

Les clients sont-ils prêts à acquérir un véhicule limité à ce type d'utilisation ? Le peu de succès des véhicules électriques urbains à propulsion classique laisse penser le contraire. Sans une véritable volonté politique capable de corriger le marché, le véhicule tout électrique risque fort de rester un bel objet technologique.

Les véhicules hybrides sont équipés d'une motorisation associant au moins deux moteurs alimentés par deux sources d'énergie différentes, à savoir un moteur thermique (fonctionnant au carburant) et un moteur électrique (alimenté par une batterie). Batteries, moteur thermique, moteurs et générateurs électriques échangent, stockent et fournissent l'énergie mécanique nécessaire à la propulsion du véhicule.

Quel est donc l'intérêt de concevoir un système aussi complexe ? Il est de plusieurs ordres :

•   utiliser le moteur thermique avec un meilleur rendement en le faisant fonctionner dans sa plage de fonctionnement optimale ;
•   utiliser un moteur thermique plus petit, car les demandes de forte puissance (en accélération) sont couvertes en utilisant les réserves électriques stockées.

Le développement des grandes métropoles au cours de la seconde partie du xxe siècle et du début du xxie siècle a été intimement lié à celui de l'automobile. Ainsi, ce moyen de transport a permis la croissance de la métropolisation et l'étalement urbain qui lui est lié ; en retour, son essor s'est renforcé de l'extension spatiale des villes, les deux processus s'alimentant l'un l'autre.

Le parc automobile a augmenté de façon considérable durant cette période (en 1966, en France, la majorité des ménages possédait une voiture). L'accession à l'automobile continue de se développer en raison d'une forte demande dans les pays émergents et de l'étalement urbain qui se poursuit dans les pays développés : les enquêtes montrent que les taux de motorisation des ménages augmentent régulièrement avec la distance séparant ces derniers des centres-villes.

L'automobile a transformé radicalement la perception de l'espace des activités de travail, de consommation, de loisirs ou de sociabilité en élargissant les horizons spatiaux des citadins. Elle a été associée à certaines évolutions des modes de vie en autorisant des chaînes de déplacement plus complexes.

L'automobile pose aussi de nombreux problèmes aux villes. Elle est la cause de la congestion urbaine génératrice de perte de temps. Or les heures perdues dans les embouteillages ont un coût économique non négligeable en termes notamment de perte de productivité. Cela est vrai dans toutes les métropoles du monde qui commencent à prendre conscience du problème autant pour des raisons écologiques que pour des raisons économiques. L'automobile est à l'origine de nuisances multiples comme l'exposition à des bruits réguliers supérieurs à 65 décibels, ou encore, l'inquiétant développement de la pollution entraînant la constitution de bulles d'air chaud au-dessus des villes qui peuvent aboutir, dans certains cas, à des canicules meurtrières (Chicago en 1995 ou Paris en 2003).

Parallèlement au succès de l'automobile, les transports en commun peinent à se développer. Ils présentent des avantages en matière de préservation de l'environnement mais connaissent de nombreux handicaps. Sur bien des lignes surchargées, ils présentent des situations d'inconfort notable. Ils favorisent très souvent la mobilité vers l'hypercentre alors que les résidences, mais également, dans une moindre mesure, l'emploi, se développent dans les périphéries. Ils profitent principalement aux habitants des zones denses. Leurs systèmes de tarification défavorisent dans bien des cas les habitants des périphéries alors même qu'ils sont subventionnés (dans les pays où ils le sont) par l'ensemble des habitants de l'agglomération.

Des études réalisées en Amérique du Nord montrent que la possession d'une automobile, en permettant de réduire considérablement les temps de déplacement par rapport aux transports collectifs, facilite l'obtention d'un emploi. Une étude californienne confirme la thèse du spatial entrapment, autrement dit de l'enfermement spatial par manque de moyens de transports. Ce sont à la fois les mauvaises performances des transports en commun en termes de rapidité et, donc de temps de transport, et le mauvais maillage du réseau qui confèrent un rôle central à l'automobile en matière de rapport à l'emploi. Le mauvais maillage du réseau de transports en commun sur l'ensemble des agglomérations entraîne le risque d'un développement urbain fondé sur des bassins de vie et d'emploi segmentés et isolés spatialement.

Comment alors penser une organisation des mobilités dans ces nouvelles nébuleuses urbaines qui soient respectueuses de l'environnement.